EEWorld 电子工程世界

文章数:9017 被阅读:6242684

账号入驻

干货|运放和三极管组成的恒流源电路分析

最新更新时间:2022-09-29
    阅读数:

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


一、运放和三极管的基本公式

1.1关于运放:

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+;


根据虚短,



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



五、电路对比

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。




添加微信回复“进群”

拉你进技术交流群!

国产芯|汽车电子|物联网|新能源|电源|工业|嵌入式…..  

众号内回复您想搜索的任意内容,如问题关键字、技术名词、bug代码等,就能轻松获得与之相关的专业技术内容反馈。快去试试吧!


如果您想经常看到我们的文章,可以进入我们的主页,点击屏幕右上角“三个小点”,点击“设为星标”。

欢迎扫码关注

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: TI培训

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2022 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved