隨著工業智能化的不斷發展,嵌入式系統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。那麼,如何保持寬電壓輸入而供電電流能夠保持穩定?恒流電路的工作原理是什麼?今天就來帶大傢瞭解一下常見的基本恒流電路。
首先是單個三極管做到的穩壓二極管恒流電路,該恒流電路主要是運用瞭穩壓二極管上的電壓較穩定特性,以及三極管Vbe的穩定性,組成的恒流電路。優點是成本低,電流可調,缺點是溫度特性差,穩流精度不高,適用於對精度要求不高的場合。
穩壓二極管恒流電路
在穩壓二極管的恒流電路中,三極管Q1的基級電壓被限定在穩壓二極管D1的工作穩定電壓Ud下,那麼電阻R3占用的電壓等於Uzd減去三極管基級與發射級的導通壓降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。
接下來是由兩個同型號的三極管構成的三極管恒流電路,根據三極管Vbe電壓相對穩定,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。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。
三極管恒流電路
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三極管的恒流電路,是利用Q2三極管的基級導通電壓為0.7V左右這個特性;當信號引腳為固定的高電平時,經過R1的電流被限流,此時Q1導通,由於Q2的發射極接地根據PN節特性,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阻值發生改變或者電源VCC電壓發生改變,也能達到恒流的目的。
下一個是鏡像恒流源,鏡像電流源的優點很多,不用發射極接入反饋電阻,電路很簡單,也能獲得比較穩定的像電流; 容易集成化;能用一個基準電流,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。例如LM358、LM733等。
鏡像恒流電路
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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構成,由於三極管Q1的集電極、基極相連,因此三極管Q1的Uce=Ube,即Q1處於放大狀態,集電極電流IC0=β1*IB1。由於,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。設電流放大系數β1=β2=β,則三極管Q1、Q2集電極電流IC0=IC1=IC=β*IB。,隻要VCC不發生改變,及時Q2集電極電壓發生變化Ic2也不會發生改變,這種接法使兩個三極管集電極IC1和IC2呈鏡像關系,稱為鏡像恒流源。
上面都是一些比較常見的簡單的恒流源,並且有一個共性,穩壓精度都不高,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組成,在這裡就不一一列舉。在應用過程中,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控,優點是精度高,缺點是負載不能接地。
運放恒流電路
運放的恒流電路,主要是利用運放的“電壓跟隨特性”,根據運放“續短”原則,即運放的兩個輸入引腳in3與in2電壓相等;當在運放引腳in3輸入Vin穩定電源電壓時,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負載的電流等於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。