干貨|電路分析：運放和三極管組成的恒流源電路

今天跟大家分享一個由運放和三極管組成的恒流源電路。希望對你有幫助。

本文將從以下五個方面對該電路進行闡述：

圖1?講解框圖

一、運放和三極管的基本公式

1.1關于運放：

圖2?運放

運放的計算過程中基本都會用到虛短和虛斷，即：

“虛短”是指在分析運放處于線性狀態時，可以把兩輸入端視為相同電位，這一特性稱為虛假短路，簡稱虛短。即：

“虛斷”是指在分析運放處于線性狀態時，可以把兩輸入端視為等效斷開，這一特性稱為虛假開路，簡稱虛斷。即：

1.2關于三極管

圖3?三極管電流走向

公式如下：

二、電路簡介

這是由運放U1A和三極管Q1及相關阻容元件組成的恒流源電路。

圖4?恒流源電路

電阻R2起到對運放的保護作用，這個值不能太大，一般取值10R左右。（一點小經驗吧，我們設計的產品中一般都有加）；

電阻R3為三極管提供一個基極電流；

電阻R4位采樣電阻，RL為負載電阻；

電阻R5起緩沖限流的作用，一般選取1K~100K之間（也有些電路沒加這個電阻）；

三極管Q1為NPN類型，需根據實際應用場合選擇電壓、電流的合適的三極管。

三、原理分析

它是如何做到恒流的呢？

此電路看似簡單，實際原理是當采樣電阻R4的電壓變化時，直接反饋到運放的反相輸入端，它與同相輸入端電壓的差值被運放放大，輸出控制三極管的基極電流，改變三極管的內阻，從而改變發射極與集電極間的電壓降，從而使采樣電阻的電壓保持不變，以達到負載電流恒定的目的。

圖5? 電路穩定的過程

兩張電路變化過程圖簡單說明：

圖6? 負載電流增大引起的變化

圖7??負載電流減小引起的變化

因此，負載電流經過采樣電阻的實時反饋下最終達成恒定的穩定電流。

實際計算：

假如我們要實現輸出1mA的恒定電流，

設Vin=5V，R4=5.1K。

根據虛斷，Vin=Vin+;

根據虛短，

又

可算出三極管基極電壓為

即，運放輸出電壓為5.7V。

輸出電流

這樣負載就可以實現1mA的恒流了。

四、電路仿真

仿真

圖8? 電路仿真

電流980uA，跟計算值1mA接近。

電路的缺點：

雖然，三極管發射極電流與集電極電流近似相等，但實際上，發射極的電流還包含了基極電流。

可以看出，運放輸出級使用三極管時，輸出電流會產生基極電流分量這一誤差。如果此時還不滿足電路精度要求，可將三極管改成MOS管。

MOS管屬于壓控器件，柵極需要的電流很小。IRL和IR4可以非常的接近，相比三極管而言，電流的精度提升了。

圖9? 運放+MOS管電路

五、電路對比

相比下面的恒流電路，這兩個電路哪個更好？

圖10??兩個三極管組成的恒流源

其實也不能說哪個好，哪個不好。它們各有利弊，主要還是看使用場合。

集成運算放大器具有輸入阻抗高和輸出阻抗低等特點，用運放設計的恒流源電路引入了反饋，相比三極管式的恒流源，運放式的恒流源有足夠的精度和可調性。

當然運放式的恒流源雖然優點明顯，但也有缺點，運放的Vin電源需要額外提供且運放的價格比三極管更貴。

因此，對精度要求比較高的場合用運放+三極管（或MOS管）。對精度要求不高，但對成本要求高的場合選用三極管+三極管的組合方式。

今天的分享就到這里，希望對你有幫助。