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    恒流源常見結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

    發(fā)布時(shí)間: 2016-10-26 14:53:34    關(guān)注量:1716

    恒流源是電路中廣泛使用的一個(gè)組件,這里我整理一下比較常見的恒流源的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。
     恒流源分為流出(Current Source)和流入(Current Sink)兩種形式。
     比較簡(jiǎn)單的恒流源,就是用一只恒流二極管。實(shí)際上,恒流二極管的應(yīng)用是比較少的,除了因?yàn)楹懔鞫O管的恒流特性并不是非常好之外,電流規(guī)格比較少,價(jià)格比較貴也是重要原因。
     比較常用的簡(jiǎn)易恒流源如 圖(1) 所示,用兩只同型三極管,利用三極管相對(duì)穩(wěn)定的be電壓作為基準(zhǔn),
     電流數(shù)值為:I = Vbe/R1。
     這種恒流源優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行,而且電流的數(shù)值可以自由控制,也沒有使用特殊的元件,有利于降低產(chǎn)品的成本。缺點(diǎn)是不同型號(hào)的管子,其be電壓不是一個(gè)固定值,即使是相同型號(hào),也有一定的個(gè)體差異。同時(shí)不同的工作電流下,這個(gè)電壓也會(huì)有一定的波動(dòng)。因此不適合精密的恒流需求。
     為了能夠精確輸出電流,通常使用一個(gè)運(yùn)放作為反饋,同時(shí)使用場(chǎng)效應(yīng)管避免三極管的be電流導(dǎo)致的誤差。典型的運(yùn)放恒流源如圖(2)所示,如果電流不需要特別精確,其中的場(chǎng)效應(yīng)管也可以用三極管代替。
     電流計(jì)算公式為:I = Vin/R1
     這個(gè)電路可以認(rèn)為是恒流源的標(biāo)準(zhǔn)電路,除了足夠的精度和可調(diào)性之外,使用的元件也都是很普遍的,易于搭建和調(diào)試。只不過其中的Vin還需要用戶額外提供。
     從以上兩個(gè)電路可以看出,恒流源有個(gè)定式(寒,“定式”好像是圍棋術(shù)語(yǔ)XD),就是利用一個(gè)電壓基準(zhǔn),在電阻上形成固定電流。有了這個(gè)定式,恒流源的搭建就可以擴(kuò)展到所有可以提供這個(gè)“電壓基準(zhǔn)”的器件上。
    比較簡(jiǎn)單的電壓基準(zhǔn),就是穩(wěn)壓二極管,利用穩(wěn)壓二極管和一只三極管,可以搭建一個(gè)更簡(jiǎn)易的恒流源。如圖(3)所示:
     電流計(jì)算公式為:I = (Vd-Vbe)/R1
     TL431是另外一個(gè)常用的電壓基準(zhǔn),利用TL431搭建的恒流源如圖(4)所示,其中的三極管替換為場(chǎng)效應(yīng)管可以得到更好的精度。TL431組成流出源的電路,暫時(shí)我還沒想到:)
     TL431的其他信息請(qǐng)參考《TL431的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖》和《TL431的幾種基本用法》
     電流計(jì)算公式為:I = 2.5/R1
     事實(shí)上,所有的三端穩(wěn)壓,都是很不錯(cuò)的電壓源,而且三端穩(wěn)壓的精度已經(jīng)很高,需要的維持電流也很小。利用三端穩(wěn)壓構(gòu)成恒流源,也有非常好的性價(jià)比,如圖(5)所示。
     這種結(jié)構(gòu)的恒流源,不適合太小的電流,因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候,三端穩(wěn)壓自身的維持電流會(huì)導(dǎo)致較大的誤差。
     電流計(jì)算公式為:I = V/R1,其中V是三端穩(wěn)壓的穩(wěn)壓數(shù)值。
     實(shí)際的電路中,有一些特殊的結(jié)構(gòu),也可以提供很好的恒流特性,比較典型的就是一個(gè)很高的電壓通過一個(gè)電阻在一個(gè)低壓設(shè)備上形成電流,如圖(6),這個(gè)恒流源的精度,取決于高壓的精確度和低壓設(shè)備本身導(dǎo)致的電壓波動(dòng)。在一些開關(guān)電源電路中,這個(gè)結(jié)構(gòu)用來給三極管提供偏置電流。
    電流計(jì)算公式為: I = Vin/R1
     值得一提的是,以上這些恒流源并不都適合安培以上級(jí)別的恒流應(yīng)用,因?yàn)殡娮枭厦嫣蟮碾娏鲿?huì)導(dǎo)致發(fā)熱嚴(yán)重。
     圖(2)可以通過使用更小的電阻來降低這個(gè)熱量,不過在單電源供電模式下,多數(shù)運(yùn)放都不能有效檢測(cè)和輸出接近地或者Vcc的電壓,因此必須使用特殊的器件才能達(dá)到要求。有個(gè)簡(jiǎn)單的辦法是通過一個(gè)穩(wěn)壓器件(穩(wěn)壓管,或者TL431等)偏置電阻上面的電壓,使得這個(gè)電壓進(jìn)入運(yùn)放的檢測(cè)范圍。
     恒流源的實(shí)質(zhì)是利用器件對(duì)電流進(jìn)行反饋,動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)備的供電狀態(tài),從而使得電流趨于恒定。只要能夠得到電流,就可以有效形成反饋,從而建立恒流源。
    能夠進(jìn)行電流反饋的器件,還有電流互感器,或者利用霍爾元件對(duì)電流回路上某些器件的磁場(chǎng)進(jìn)行反饋,也可以利用回路上的發(fā)光器件(例如光電耦合器,發(fā)光管等)進(jìn)行反饋。這些方式都能夠構(gòu)成有效的恒流源,而且更適合大電流等特殊場(chǎng)合,不過因?yàn)檫@些實(shí)現(xiàn)形式的電路都比較復(fù)雜,這里就不一一介紹了。


     


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