基于運放和三極管組成的恒流源電路圖

大家好，我是蝸牛兄。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(jìn)行闡述：

圖1?講解框圖

一、運放和三極管的基本公式

1.1關(guān)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(tài)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(tài)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(guān)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(guān)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(hù)作用，這個值不能太大，一般取值10R左右。（一點小經(jīng)驗吧，我們設(shè)計的產(chǎn)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(fù)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(jù)實際應(yīng)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(dāng)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?nèi)龢O管的內(nèi)阻，從而改變發(fā)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(dá)到負(fù)載電流恒定的目的。

圖5? 電路穩(wěn)定的過程

兩張電路變化過程圖簡單說明：

圖6? 負(fù)載電流增大引起的變化

圖7??負(fù)載電流減小引起的變化

因此，負(fù)載電流經(jīng)過采樣電阻的實時反饋下最終達(dá)成恒定的穩(wěn)定電流。

實際計算：

假如我們要實現(xiàn)輸出1mA的恒定電流，

設(shè)Vin=5V，R4=5.1K。

根據(jù)虛斷，Vin=Vin+;

根據(jù)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(fù)載就可以實現(xiàn)1mA的恒流了。

四、電路仿真

仿真（后臺回復(fù)“恒流源電路2”，即可獲取仿真文件）

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(fā)射極電流與集電極電流近似相等，但實際上，發(fā)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(chǎn)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

相比我之前發(fā)的一篇恒流電路分析《這兩個三極管是怎么做到恒流的？一起來分析一下》

圖10??兩個三極管組成的恒流源

這兩個電路哪個更好？

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(shè)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(diào)性。

當(dāng)然運放式的恒流源雖然優(yōu)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。

審核編輯：黃飛

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