恒流源電路工作原理介紹

隨著工業(yè)智能化的不斷發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)對供電的要求越來越高，對輸入電壓范圍也越來越寬，對輸出電流精度要求日益提高。那么，如何保持寬電壓輸入而供電電流能夠保持穩(wěn)定?恒流電路的工作原理是什么?以及基本的恒流電路有哪些?

丨恒流源電路工作原理

恒流源由信號源和電壓控制電流源(VCCS)兩部分組成。正弦信號源采用直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)，即以一定頻率連續(xù)從EPROM中讀取正弦采樣數(shù)據(jù)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換并濾波后產(chǎn)生EIT所需的正弦信號。

恒流恒壓電源內(nèi)部有兩個控制單元，一個是穩(wěn)壓控制單元，在負載發(fā)生變化的情況下，努力使輸出電壓保持穩(wěn)定，前提是輸出電流必須小于預(yù)先設(shè)定的恒流值。實際上在恒壓狀態(tài)時，恒流控制單元處于休止?fàn)顟B(tài)，它不干擾輸出電壓和輸出電流。一種是恒流狀態(tài)，按照恒流電源的特征在工作。恒壓恒流電源指既有恒壓控制部件，又具有恒流控制部件的電源。

丨常見的恒流源電路

1.穩(wěn)壓二極管恒流電路

首先是單個三極管做到的穩(wěn)壓二極管恒流電路，該恒流電路主要是運用了穩(wěn)壓二極管上的電壓較穩(wěn)定特性，以及三極管Vbe的穩(wěn)定性，組成的恒流電路。優(yōu)點是成本低，電流可調(diào)，缺點是溫度特性差，穩(wěn)流精度不高，適用于對精度要求不高的場合。

在穩(wěn)壓二極管的恒流電路中，三極管Q1的基級電壓被限定在穩(wěn)壓二極管D1的工作穩(wěn)定電壓Ud下，那么電阻R3占用的電壓等于Uzd減去三極管基級與發(fā)射級的導(dǎo)通壓降0.7V，即U=Ud-0.7保持恒定不變，所以流過電阻R3的電流保持不變，即使在VCC電源可變或者負載阻值發(fā)生變化的條件下也是固定不變，也就是R1負載的電流保持不變，達到恒流的目的。

2.三極管恒流電路

接下來是由兩個同型號的三極管構(gòu)成的三極管恒流電路，根據(jù)三極管Vbe電壓相對穩(wěn)定，以及三極管的基極電流相對集電極電流較小的特點，組成一個電流相對恒定的恒流源。這個恒流源沒有用到特殊器件，兩個三極管和兩個電阻組成，成本低，輸出電流可調(diào)。缺點是三極管Vbe的大小會隨電流及溫度的變化而變化，電流大Vbe大，溫度低Vbe大，所以不適合用在精度要求高的地方。

三極管的恒流電路，是利用Q2三極管的基級導(dǎo)通電壓為0.7V左右這個特性;當(dāng)信號引腳為固定的高電平時，經(jīng)過R1的電流被限流，此時Q1導(dǎo)通，由于Q2的發(fā)射極接地根據(jù)PN節(jié)特性，Q2基極電壓為0.7V，流過負載R2的電流與流過R3電阻的電流基本相等(忽略Q1與Q2三極管的基級電流)，流過R3的電流為R3兩端電壓除以R3的阻值，因此流過負載R2的電流為恒定不變，即使R2阻值發(fā)生改變或者電源VCC電壓發(fā)生改變，也能達到恒流的目的。

3.鏡像恒流電路

下一個是鏡像恒流源，鏡像電流源的優(yōu)點很多，不用發(fā)射極接入反饋電阻，電路很簡單，也能獲得比較穩(wěn)定的像電流;容易集成化;能用一個基準(zhǔn)電流，提供多個像電流，功耗特別低。因此，幾乎每一塊集成電路中都用鏡像電流源。

鏡像恒流源電路，它由兩個特性完全相同兩個NPN型三極管Q1、Q2構(gòu)成，由于三極管Q1的集電極、基極相連，因此三極管Q1的Uce=Ube，即Q1處于放大狀態(tài)，集電極電流IC0=β1*IB1。由于，三極管Q1和Q2的基極都與Q1集電極連接，所以它們的基極電流Ib1=Ib2=Ib。設(shè)電流放大系數(shù)β1=β2=β，則三極管Q1、Q2集電極電流IC0=IC1=IC=β*IB。，只要VCC不發(fā)生改變，及時Q2集電極電壓發(fā)生變化Ic2也不會發(fā)生改變，這種接法使兩個三極管集電極IC1和IC2呈鏡像關(guān)系，稱為鏡像恒流源。

4.運放恒流電路

上面都是一些比較常見的簡單的恒流源，并且有一個共性，穩(wěn)壓精度都不高，輸出電流也不大。其他類似的恒流源，也都是以一個恒壓源為基準(zhǔn)組成，在這里就不一一列舉。在應(yīng)用過程中，如果需要高精度、大電流的恒流源，可以使用一個運放，組成一個高精度、大電流的恒流源。運放組成的恒流源特點是恒流值容易調(diào)控，優(yōu)點是精度高，缺點是負載不能接地。

運放的恒流電路，主要是利用運放的“電壓跟隨特性”，根據(jù)運放“續(xù)短”原則，即運放的兩個輸入引腳in3與in2電壓相等;當(dāng)在運放引腳in3輸入Vin穩(wěn)定電源電壓時，電阻R2兩端的電壓也為Vin不變，因此無論外界電路如何變化，流過R2電阻的電流是不變的;同三極管恒流電路原理分析一樣，R3負載的電流等于R2電阻的電流，所以即使R3負載的電源為可變電壓電源，R3負載的電流也是保持固定不變，達到恒流的效果。