精密稳压电源TL431构成的恒光源电路

　　一些用红外光源构成的模拟传感器对光源的稳定性要求很高。常见的砷化稼红外发光二极管，其发光强度随环境温度、工作时间等因素的变化而变化，难以获得光强稳定的光源。因此，必须采用恒光源电路。

　　一、恒光源电路的基本原理

　　

　　图1是用精密稳压电源TL431供电的光源电路，z点的稳定电压为：

　　

　　式中，Vref是TL431的基准电压，约为2.5V。红外发光二极管V2的工作电流I为

　　I=（V2-VD）/R3（2）

　　式中，VD是红外发光二极管的正向压降，它是一个随温度变化的参数。由式（2）可见，温度的变化必然引起I的变化进而引起发光二极管发光强度的变化。根据式（1）、（2），可知如果能使R1的阻值受控于V2的辐时光强Iv，使R1与I2近似成反比关系，则当某种原因造成光强Iv减弱时，有如下的变化过程：　　

　　

结果又使光强稳定在原来的数值。反之亦然。

　　据此设想，图2所示恒光源电路框图。图中E/O即图1中的发光二极管V1。光电转换电路O/E截取光源的一部分光线转换为电压信号，经电压放大、电压电流变换电路VI/输出一个电流去控制可变电阻R1的阻值，使R1与光源光强近似成反比关系夕从而形成一个光反馈的闭环系统，输出光强几乎不变的红外光。

　　

　　二、实际的恒光源电路

　　电路见图3。图中2CR21型硅光电池V8和反相放大器A1构成光电转换电路，V8的阳极接人A1的负输入端，该点为虚地点，V8截取光源Iv的一部分形哎短路电流Isc。之所以采用硅光电池是因为其温度特性十分理想，且其辣路电流与入射光强线性关系好。反相放大器A1，输必端A点的电压为

　　VA=-IsCR1（3）

　　VA再经A2放大，在电压跟随器A3的输出端B点的电压为

　　

　　

　　范围内（与实际工作情况相符）goc与Ic近似成线性关系，即输出电阻rce与Ic近似成反比关系。因为整个闭环是一个负反馈系统，当光源因某种原因变弱时，将形成以下负反馈过程：

　

　　从而使光源光强稳定在原来的数值。

　　威尔逊电流源的特点是电流稳定性很好。在Iv不变的条件下，Ici几乎不因温度变化而受影响。可以看出，它是用电流负反馈来稳定电流的。若由于环境温度上升造成Ic增加，则Ic3也增加。因为Ic2=Ic3，Ic2也增加，而IR8=IC2+IB1，Icl也随之减小，结果维持Ic1基本不变。换句话说，IC1和rce1只受光强变化的影响而不受环境温度变化的影响。

　　图3中C1至C6各电容是为抑制高频干扰和高频自激而接入的。稳定电压V2经射极跟随器为发光管提供工作电流I，可减小TL431的动态工作范围，进一步提高稳定性。