單個(gè)三極管做到的穩(wěn)壓二極管恒流電路

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(gè)控制單元，一個(gè)是穩(wěn)壓控制單元，在負(fù)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(shí)際上在恒壓狀態(tài)時(shí)，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(gè)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(yùn)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(diǎn)是成本低，電流可調(diào)，缺點(diǎn)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(fù)載阻值發(fā)生變化的條件下也是固定不變，也就是R1負(fù)載的電流保持不變，達(dá)到恒流的目的。

2.三極管恒流電路

接下來是由兩個(gè)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(diǎn)，組成一個(gè)電流相對恒定的恒流源。這個(gè)恒流源沒有用到特殊器件，兩個(gè)三極管和兩個(gè)電阻組成，成本低，輸出電流可調(diào)。缺點(diǎn)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(gè)特性;當(dāng)信號引腳為固定的高電平時(shí)，經(jīng)過R1的電流被限流，此時(shí)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(fù)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(fù)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(dá)到恒流的目的。

3.鏡像恒流電路

下一個(gè)是鏡像恒流源，鏡像電流源的優(yōu)點(diǎn)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(gè)基準(zhǔn)電流，提供多個(gè)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。

基本的恒流源電路主要是由輸入級和輸出級構(gòu)成，輸入級提供參考電流，輸出級輸出需要的恒定電流。恒流源電路就是要能夠提供一個(gè)穩(wěn)定的電流以保證其它電路穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)。即要求恒流源電路輸出恒定電流，因此作為輸出級的器件應(yīng)該是具有飽和輸出電流的伏安特性。

這可以采用工作于輸出電流飽和狀態(tài)的雙極結(jié)型晶體管或者金氧半場效晶體管來實(shí)現(xiàn)。為了保證輸出晶體管的電流穩(wěn)定，就必須要滿足兩個(gè)條件：

四種恒流源電路分析：

在改進(jìn)型差動放大器中，用恒流源取代射極電阻RE，既為差動放大電路設(shè)置了合適的靜態(tài)工作電流，又大大增強(qiáng)了共模負(fù)反饋?zhàn)饔茫闺娐肪哂辛烁鼜?qiáng)的抑制共模信號的能力，且不需要很高的電源電壓，所以，恒流源和差動放大電路簡直是一對絕配!

恒流源既可以為放大電路提供合適的靜態(tài)電流，也可以作為有源負(fù)載取代高阻值的電阻，從而增大放大電路的電壓放大倍數(shù)。這種用法在集成運(yùn)放電路中有非常廣泛的應(yīng)用。本節(jié)將介紹常見的恒流源電路以及作為有源負(fù)載的應(yīng)用。

鏡像恒流源電路

如圖1所示為鏡像恒流源電路，它由兩只特性完全相同的管子VT0和VT1構(gòu)成，由于VT0管的c、b極連接，因此UCE0=UBE0，即VT0處于放大狀態(tài)，集電極電流IC0=β0*IB0。另外，管子VT0和VT1的b-e分別連接，所以它們的基極電流IB0=IB1=IB。設(shè)電流放大系數(shù)β0=β1=β，則兩管集電極電流IC0=IC1=IC=β*IB?？梢?，由于電路的這種特殊接法，使兩管集電極IC1和IC0呈鏡像關(guān)系，故稱此電路為鏡像恒流源(IR為基準(zhǔn)電流，IC1為輸出電流)。

鏡像恒流源電路簡單，應(yīng)用廣泛。但是在電源電壓一定時(shí)，若要求IC1較大，則IR勢必增大，電阻R的功耗就增大，這是集成電路中應(yīng)當(dāng)避免的;若要求IC1較小，則IR勢必也小，電阻R的數(shù)值就很大，這在集成電路中很難做到，為此，人們就想到用其他方法解決，這樣就衍生出其他電流源電路。

比例恒流源電路

如圖2所示為比例恒流源電路，它由兩只特性完全相同的管子VT0和VT1構(gòu)成，兩管的發(fā)射極分別串入電阻Re0和Re1。比例恒流電路源改變了IC1≈IR的關(guān)系，使IC1與IR呈比例關(guān)系，從而克服了鏡像恒流源電路的缺點(diǎn)。與典型的靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路一樣，Re0和Re1是電流負(fù)反饋電阻，因此與鏡像恒流源電路相比，比例恒流源的輸出電流IC1具有更高的穩(wěn)定性。

微變恒流源電路

若Re0很小甚至于為零，則Re1只采用較小的電阻就能獲得較小的輸出電流，這種電路稱為微變恒流源，如圖3所示。集成運(yùn)放輸入級靜態(tài)電流很小，往往只有幾十微安，甚至更小，因此微變電流源主要應(yīng)用于集成運(yùn)放輸入級的有源負(fù)載。

多路恒流源電路

集成運(yùn)放是一個(gè)多級放大電路，因而需要多路恒流源電路分別給各級提供合適的靜態(tài)電流?？梢岳靡粋€(gè)基準(zhǔn)電流去獲得多個(gè)不同的輸出電流，以適應(yīng)各級的需要。圖4所示電路是在比例恒流源基礎(chǔ)上得到的多路恒流源電路，IR為基準(zhǔn)電流，IC1、IC2和IC3為三路輸出電流。由于各管的b-e間電壓UBE數(shù)值大致相等，因此可得近似關(guān)系：

IE0Re0≈IE1Re1≈IE2Re2≈IE3Re3

當(dāng)IE0確定后，各級只要選擇合適的電阻，就可以得到所需的電流。