运放恒流源电路的工作原理与几种典型 V/I 转换电路分析

2017-08-18 131 0

运算放大器(operational amplifier)是能够对信号进行数学运算的放大电路,曾是模拟计算机的基础部件。采用集成电路工艺制作的运算放大器,除保持原有的高增益和输入阻抗特点之外,还具有精巧、廉价和可灵活使用等优点,因而在有源滤波器、开关电容电路、数模和模数转换器、直流信号放大、波形的产生和变换以及信号处理等方面得到十分广泛的应用。

一、电流源的基本特性

电流源给出的电流为定值,与负载阻值无关。理想电流源的内阻相对负载阻抗很大,负载阻抗波动不会改变电流的大小。在电流源回路中串联电阻没有意义,因为它既不会改变负载的电流,也不会改变负载两端的电压,因此在原理图上这类电阻应当简化掉;负载阻抗只有并联在电流源上才有意义,与内阻构成分流关系。

由于内阻等多方面的原因,理想电流源在真实世界中并不存在,但这一模型对电路分析是十分有价值的——实际上,如果一个电流源在电压变化时电流的波动不明显,通常就可以假定它是一个理想电流源。

二、几种由三极管与运放构成的恒流源电路

运放恒流源电路的工作原理与几种典型 V/I 转换电路分析

图 1 几种由三极管与运放构成的恒流源电路

图 1 中的几种电路都可以在负载电阻 RL 上获得恒流输出,各自的特点如下:

(1)第一种电路中 RL 浮地,一般很少使用;

(2)第二种电路中 RL 处于虚地位置,也不常使用;

(3)第三种电路中 RL 虽浮地,但一端接正电源端,比较常用;

(4)第四种是正反馈平衡式电路,因负载 RL 接地而受到欢迎;

(5)第五种与第四种原理相同,只是扩大了电流输出能力,使用者常常把电阻 R2 取得比负载 RL 大得多,从而省去跟随器运放;

(6)第六种电路同样属于对地负载形式。

对比这几种 V/I 转换电路可以看出:凡是不含三极管之类单向器件者,都可以实现交流恒流;加入三极管之后,就只能做单向直流恒流。第四、第五种电路建立在正负反馈平衡的基础上,如果由于电阻误差而失去平衡,会影响恒流输出特性,即输出电流会随负载变化;而其他几种电路,电阻误差只会影响输出电流的数值,不会影响输出特性。如果所需输出电流较大,或者嫌三极管的集电极电流与发射极电流不相等,可以把三极管换成 MOSFET。

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