篇首语:本文由小编为大家整理,主要介绍了几种实用的恒流源电路设计方案,敬请收藏(运放三极管在手,让你玩出多种花样)相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
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目录
0 引言
1 恒流源电路设计
1.1 使用三极管搭建的恒流源
1.2 使用运放搭建的恒流源
1.3 使用稳压二极管及三极管搭建的恒流源
2 总结
0 引言
我们在信号测量、供电等应用场景时常会涉及到使用恒流源,以前觉得恒流源挺神奇的,研究了下实现方案,其实也没有多么高深(这里讨论的仅限于用在信号测量中的小电流恒流源设计),这里给出几个实用的恒流源电路设计方案。
1 恒流源电路设计
1.1 使用三极管搭建的恒流源
首先看下面的电路方案,是使用两个三极管搭建的。
【实现原理分析】:
(1)刚上电时,AB间电压超过Q1的基极和发射极导通阈值,Q1集电极到发射极导通,而Q1基极-发射极间PN结的压降固定,设为Vbe(一般硅管是0.7~0.8V);
(2)接着,在Q2没导通前,其基极-发射极间的电压近似为VCC-Vbe,超过阈值导通,此时同样因为PN结间的固定压降,所以在B点和C点间的压降钳位在Vbe,流过电阻R2的电流就是固定的:I = Vbe/R2,这就是我们要的恒流;
(3)注意R1的取值,可以取大一些,因为Q2导通后相当于R1直接连在VCC和GND间了,这个电流是干耗的。
【利弊分析】:
这个应该说是非常低成本的方案,但是得出的恒流在精度上还是要差一些,因为我们看到了电流来源是靠三极管Vbe,这个不同批次的管子可能都会有差异,没法确保每一批做的电路都是一个电流值。
1.2 使用运放搭建的恒流源
上面用三极管搭的恒流源若是觉得电流值精度不高,那么看下用运放搭的这个方案:
【实现原理分析】:
(1)运放同相端输入基准电压Vref(可以使用基准电压芯片,若是要求不高,也可以使用稳压管或直接电源分压),根据运放虚短原理,反相端A点的电压也是Vref,那么,从A到B的电流就是Vref/R3;
(2)再根据运放的虚断原理,A点和运放的反相输入端是断开的,把A点看为一个节点,从A点流出的电流是Vref/R3,那么得有同大小的输入电流啊,就是从C到D输入的电流也就是Vref/R3,就是我们要的恒流源。
【利弊分析】:
这种方案成本明显是比第一种高了,但是获得的电流的精度也是比较高的,特别是在使用基准电压时。但是这种方案在低压供电的系统中有效,在高压供电的系统中还有效吗?我的输入电源若是上百V,想在这个回路中获取个恒流该怎么实现呢?若是用运放,那这样的高压运放成本就血亏了。
1.3 使用稳压二极管及三极管搭建的恒流源
先看下面的两个原理图:
分别使用NPN和PNP三极管搭建的,A、B图箭头方向是电流的流向,在三极管集电极接负载端,其中A图一般把这个恒流源放在负载后端,B图一般是放在负载前端,接电源处的。
【实现原理分析】:
这两个实现原理基本都是一样的,我一般比较喜欢使用B图,放在电源侧,输出恒流,就以B图为例。
(1)VCC上电,稳压管D2阴极处有一个稳定的电压Uz,当然,这里要选好电阻R7,确保稳压管在工作电流范围内;
(2)VCC上电后,Q4发射极与集电极导通,Vbe节电压一般固定为0.6~0.7V(可以实测摸一摸),(Uz-Vbe)/R6就是得到的恒流值;
(3)这里稳压管建议选择5V的稳压管,避免电压过低,三极管不导通;另外,一定要注意稳压管限流电阻R7的选取,如果选择过大,稳压管工作电流过小,是无法稳压的。若希望流过稳压管的分支电流较小,就可以选择uA级别的稳压管。
【利弊分析】:
这种方案其实很类似1.1中的,都是利用三极管导通电压稳定的特点,胜过1.1的地方主要是其在高压下很好用,要说缺点,还是电流精度不高了。
2 总结
本次博文给出了三种实用的恒流源设计方案,博主也是在做项目中,遇到因为输入电压变化导致某一个电源模块输入电流变化的情况,这个变化的电流对电流检测造成了很大的困扰,所以需要将其恒流处理,以上电路都是实际应用过,也踩过坑的,在此总结一下,希望能帮助到大家。
作于202112292030,已归档
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