运放恒流源电路
电路一点通
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2024-08-07
开发过项目的工程师都知道，在设计LED驱动的电路，为了达到稳定的显示效果，一般都需要设计一个恒流源电路。恒流源电路，驱动LED，它的亮度就不会跟随电压的变化而变化了，亮度就始终维持在一个恒定的值了。
这是因为LED的亮度，只与流过它的电流有关。OK，类似于这样的恒流源电路，工程师该如何去开发呢？当然，不同的工程师，有不同的方案，芯片哥要介绍的是一个简单且高效的电路，只需要一个运放和一个三极管，就能完成恒流源的功能电路。
恒流源电路这个电路是怎么实现恒流的功能呢？LM358是一个运算放大器，不过在这个电路中，它被当做比较器使用。正相输入端，连接一个稳定的电压5V；负相输入端，连接的是R2电阻。“比较器”的输出端，直接通过一个电阻R1驱动Q1三极管，三极管的发射极也连接着R2电阻，三极管的集电极是作为恒流源的输出，就是它能够输出一个稳定的电流。我们知道，作为比较器，当正相输入端的电压大于负相输入端的电压，也就是VA > VB，比较器就会输出一个高电平；当正相输入端的电压小于负相输入端的电压，也就是VA < VB，比较器就会输出一个低电平。因为VA是等于5V，是一个固定值，所以比较器输出的是高电平还是低电平，是取决于VB的电压。由于R2电阻是连接比较器的负相输入端，因此VB的电压，它是等于R2电阻两端的电压。R2电阻两端的电压，根据欧姆定律，它是等于流过R2电阻的电流乘以R2电阻的阻值。也就是
VB = VR2 = IR2 * R2
感觉是不是有点绕？怎么那么多关系啊？别急，还没到重点呢？跟着芯片哥的节奏，我们再接着分析它的恒流原理
运放构成的恒流电路
对于三极管，它的特性是电流放大作用，比如放大100倍，将基极的小电流，放大100倍后，通过集电极输出。也就是集电极的电流是要远远大于基极的电流，所以在这个放大倍数的基础上，工程师可以等效地看出，流过三极管的发射极电流是等于集电极电流的。分析到这里，我们就不难发现，流过R2电阻的电流，它是等于流过三极管集电极电流的。现在到了分析的重点了，小伙伴们提起精神啊，别落下了。假如VR2的电压大于VA的电压，比较器会输出低电平，三极管会截止不导通，电路就会关闭集电极输出电流的能力；但关闭输出电流的同时，又会导致流过R2电阻的电流也会被关闭，就会触发VR2的电压减小；VR2电压一减小，就会低于VA，比较器又会输出高电平，这个时候三极管又会导通了，电路又会开启输出电流了，导致R2电阻的电流增大，VR2也会增加；只要VR2超过VA的电压，就又循环刚刚的过程了。分析到这，是不是有些清楚了呢？如果实在还是没有弄清楚，也不要紧，芯片哥直接告诉你后面怎么用这个电路就可以了。如果想要输出100mA的恒流源，VA是5V电压的话，只需要将R2的阻值设置为50Ω就可以了。恒流源电路输出的电流，它是等于
Iout = VA / R2
按照这个方法，如果想要输出250mA的恒流源，只需要将R2的阻值设置为20Ω就OK了。当然，电流值越大，Q1三极管承受的功率也会增大，这个是在选型的时候必须要考虑到的，避免电流过大，三极管发烫。
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