大家好,我是蜗牛兄。今天跟大家分享一个由运放和三极管组成的恒流源电路。希望对你有帮助。
本文将从以下五个方面对该电路进行阐述:
图1 讲解框图
图2 运放
运放的计算过程中基本都会用到虚短和虚断,即:
“虚短”是指在分析运放处于线性状态时,可以把两输入端视为相同电位,这一特性称为虚假短路,简称虚短。即:
“虚断”是指在分析运放处于线性状态时,可以把两输入端视为等效断开,这一特性称为虚假开路,简称虚断。即:
1.2关于三极管
图3 三极管电流走向
公式如下:二、电路简介
这是由运放U1A和三极管Q1及相关阻容元件组成的恒流源电路。
图4 恒流源电路
电阻R2起到对运放的保护作用,这个值不能太大,一般取值10R左右。(一点小经验吧,我们设计的产品中一般都有加);
电阻R3为三极管提供一个基极电流;
电阻R4位采样电阻,RL为负载电阻;
电阻R5起缓冲限流的作用,一般选取1K~100K之间(也有些电路没加这个电阻);
三极管Q1为NPN类型,需根据实际应用场合选择电压、电流的合适的三极管。
三、原理分析
它是如何做到恒流的呢?
此电路看似简单,实际原理是当采样电阻R4的电压变化时,直接反馈到运放的反相输入端,它与同相输入端电压的差值被运放放大,输出控制三极管的基极电流,改变三极管的内阻,从而改变发射极与集电极间的电压降,从而使采样电阻的电压保持不变,以达到负载电流恒定的目的。
图5 电路稳定的过程
两张电路变化过程图简单说明:
图6 负载电流增大引起的变化
图7 负载电流减小引起的变化
因此,负载电流经过采样电阻的实时反馈下最终达成恒定的稳定电流。
实际计算:
假如我们要实现输出1mA的恒定电流,
设Vin=5V,R4=5.1K。
根据虚断,Vin=Vin+;
又
可算出三极管基极电压为
即,运放输出电压为5.7V。
输出电流
这样负载就可以实现1mA的恒流了。
四、电路仿真
仿真(后台回复“恒流源电路2”,即可获取仿真文件)
图8 电路仿真
电流980uA,跟计算值1mA接近。
电路的缺点:
虽然,三极管发射极电流与集电极电流近似相等,但实际上,发射极的电流还包含了基极电流。
可以看出,运放输出级使用三极管时,输出电流会产生基极电流分量这一误差。如果此时还不满足电路精度要求,可将三极管改成MOS管。
MOS管属于压控器件,栅极需要的电流很小。IRL和IR4可以非常的接近,相比三极管而言,电流的精度提升了。
图9 运放+MOS管电路
相比我之前发的一篇恒流电路分析《这两个三极管是怎么做到恒流的?一起来分析一下》
图10 两个三极管组成的恒流源
这两个电路哪个更好?
其实也不能说哪个好,哪个不好。它们各有利弊,主要还是看使用场合。
集成运算放大器具有输入阻抗高和输出阻抗低等特点,用运放设计的恒流源电路引入了反馈,相比三极管式的恒流源,运放式的恒流源有足够的精度和可调性。
当然运放式的恒流源虽然优点明显,但也有缺点,运放的Vin电源需要额外提供且运放的价格比三极管更贵。
因此,对精度要求比较高的场合用运放+三极管(或MOS管)。对精度要求不高,但对成本要求高的场合选用三极管+三极管的组合方式。
今天的分享就到这里,希望对你有帮助。
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- 这两个三极管是怎么做到恒流的?一起来分析一下
- 群里的小伙伴说这个电路可以仿真出来,但不好分析计算
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