恒流源电路的工作原理与三极管恒流源设计实例

2017-08-18 81 0

一、恒流源的基本概念

恒流源是输出电流保持不变的电流源,理想的恒流源应满足:① 不因负载(输出电压)变化而改变;② 不因环境温度变化而改变;③ 内阻为无限大。恒流源的特性与电路符号分别如图 1、图 2 所示。

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图 1 理想恒流源与实际恒流源的特性

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图 2 恒流源的电路符号

理想恒流源的内阻为无限大,其电流可以全部流出;实际的恒流源皆有内阻 R。

二、三极管的恒流特性

从三极管的特性曲线(图 3)可见,工作区内的 IC 受 IB 影响,而 VCE 对 IC 的影响很微小;因此只要 IB 值固定,IC 也就可以固定,输出电流 IO 即是流经负载的 IC。据此可构成三极管恒流源电路,如图 4 所示。

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图 3 三极管输出特性曲线

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图 4 三极管恒流源电路

三、电流镜电路

电流镜(Current Mirror)是一个输入电流 IS 与输出电流 IO 相等的电路,如图 5 所示。其中 Q1 和 Q2 的特性相同,即 VBE1 = VBE2、β1 = β2。

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图 5 电流镜电路

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图 6 电流镜的输出电流关系

其优点在于:三极管的 β 受温度影响,但利用电流镜构成的恒流源不受 β 影响,主要依靠外接电阻 R 经 Q2 决定输出电流 IO(IC2 = IO)。

四、三极管射极偏压恒流源设计实例

范例 1

电路如图 7 所示。从左边看起,基极偏压的确定如图 8 所示,由此得 VE = VB − 0.6 = 1.0 V;由于射极电阻为 1 kΩ,流经射极电阻的电流如图 9 所示,因此流经负载的电流就是稳定的 1 mA。

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图 7 范例 1 电路

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图 8 基极偏压的计算

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图 9 射极电阻电流的计算

范例 2

电路如图 10 所示,该电路利用稳压二极管提供 5.6 V 的基极偏压,VE = VB − 0.6 = 5 V,流经负载的电流如图 11 所示。

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图 10 范例 2 电路

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图 11 范例 2 输出电流的计算

范例 3

电路如图 12 所示。这个例子有所不同:利用 PNP 三极管向负载电路供应电流。首先利用二极管 0.6 V 的压降提供 8.2 V 基极偏压(10 − 3 × 0.6 = 8.2);4.7 kΩ 电阻只是用来形成通路,而且不希望(也不会)有很多电流流经这个电阻。VE = VB + 0.6 = 8.8 V;PNP 三极管射极所接 560 Ω 电阻两端电位差是 1.2 V,所以电流约为 2 mA。

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图 12 范例 3 电路(PNP 三极管恒流源)

五、应用注意事项

如果只用一个三极管不能满足需求,可以用两个三极管搭成恒流源,其常见形式如图 13~图 15 所示。

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图 13~图 15 两管恒流源电路的常见形式

需要注意的是:恒流源是一个二端子器件。市面上也有“稳流二极管”(current regulating diode,CRD)供小电流应用;大电流应用时,可以用 IC 稳压器串联电阻,或是采用 MOSFET 的方法。

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