0
  • 聊天消息
  • 系統(tǒng)消息
  • 評論與回復(fù)
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學(xué)習(xí)在線課程
  • 觀看技術(shù)視頻
  • 寫文章/發(fā)帖/加入社區(qū)
會員中心
創(chuàng)作中心

完善資料讓更多小伙伴認(rèn)識你,還能領(lǐng)取20積分哦,立即完善>

3天內(nèi)不再提示

運(yùn)放恒流源電路分析

CHANBAEK ? 來源:網(wǎng)絡(luò)整理 ? 作者:網(wǎng)絡(luò)整理 ? 2024-08-28 09:54 ? 次閱讀

運(yùn)放恒流源電路是一種利用運(yùn)算放大器(Operational Amplifier,簡稱運(yùn)放)的負(fù)反饋特性來產(chǎn)生穩(wěn)定恒定電流的電路配置。這種電路在硬件電路設(shè)計(jì)和工程領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用,特別是在需要恒定電流驅(qū)動(dòng)的場合,如LED激光、電化學(xué)分析、精密測量等領(lǐng)域。本文將從基本原理、反饋機(jī)制、控制元件、反饋網(wǎng)絡(luò)及控制電壓等方面對運(yùn)放恒流源電路進(jìn)行詳細(xì)分析,并探討其設(shè)計(jì)方法和實(shí)際應(yīng)用。

一、基本原理

恒流源電路的核心在于其能夠提供一個(gè)穩(wěn)定的恒定電流,即使負(fù)載阻抗發(fā)生變化,也能保持輸出電流恒定。運(yùn)放恒流源電路利用運(yùn)放的負(fù)反饋特性,通過將運(yùn)放的輸出與輸入進(jìn)行反饋,使得輸出電流保持恒定。這一特性通過合理的電路設(shè)計(jì)和選擇合適的元件得以實(shí)現(xiàn)。

二、反饋機(jī)制

恒流源電路通常采用負(fù)反饋機(jī)制,該機(jī)制是通過將負(fù)載電流與參考電流進(jìn)行比較,并將比較結(jié)果通過運(yùn)放進(jìn)行放大和控制,最終將調(diào)整后的電流反饋給輸入端,從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的恒流輸出。負(fù)反饋機(jī)制是運(yùn)放恒流源電路實(shí)現(xiàn)恒定電流輸出的關(guān)鍵。

三、控制元件

恒流源電路通常包含一個(gè)或多個(gè)控制元件,如電阻、二極管或場效應(yīng)管。這些元件根據(jù)電路設(shè)計(jì)的要求,提供一個(gè)穩(wěn)定的參考電流或參考電壓,用于與負(fù)載電流進(jìn)行比較和調(diào)整。例如,在運(yùn)放恒流源電路中,電阻常被用作采樣電阻,通過檢測其兩端的電壓變化來反饋負(fù)載電流的變化情況。

四、反饋網(wǎng)絡(luò)

反饋網(wǎng)絡(luò)在恒流源電路中起到將輸出電流與參考電流進(jìn)行比較的作用。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)通常由電阻、電容等元件構(gòu)成,用于調(diào)整反饋信號的幅度和相位,以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的恒流輸出。反饋網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)是確保恒流源電路性能穩(wěn)定的關(guān)鍵因素之一。

五、控制電壓

運(yùn)放通過對輸入信號的放大和處理,控制輸出端的電壓和電流。在恒流源電路中,運(yùn)放根據(jù)負(fù)載電流與參考電流的差異,調(diào)整輸出端的電壓,使得輸出電流保持恒定??刂齐妷旱木_性和穩(wěn)定性直接決定了恒流源電路的性能。

六、電路分析與設(shè)計(jì)

以下是一個(gè)典型的運(yùn)放恒流源電路的分析與設(shè)計(jì)過程:

1. 電路組成

典型的運(yùn)放恒流源電路由運(yùn)放、三極管(或MOS管)、電阻等元件組成。其中,運(yùn)放作為核心控制元件,通過其負(fù)反饋特性實(shí)現(xiàn)恒流輸出;三極管(或MOS管)作為輸出級器件,通過改變其內(nèi)阻來調(diào)節(jié)輸出電流;電阻則用于采樣、分壓和限流等目的。

2. 虛短與虛斷

在分析運(yùn)放恒流源電路時(shí),需要利用運(yùn)放的虛短和虛斷特性。虛短是指在分析運(yùn)放處于線性狀態(tài)時(shí),可以把兩輸入端視為相同電位;虛斷則是指在分析運(yùn)放處于線性狀態(tài)時(shí),可以把兩輸入端視為等效斷開。這兩個(gè)特性是分析運(yùn)放電路的重要工具。

3. 電路設(shè)計(jì)

以由運(yùn)放U1A和三極管Q1及相關(guān)阻容元件組成的恒流源電路為例(見圖4),其設(shè)計(jì)過程如下:

  • 電阻R2 :起到對運(yùn)放的保護(hù)作用,其值一般較小,通常取值10Ω左右。
  • 電阻R3 :為三極管Q1提供一個(gè)基極電流,確保三極管能夠正常工作。
  • 電阻R4 :采樣電阻,用于檢測負(fù)載電流的變化情況,并將其反饋到運(yùn)放的反相輸入端。
  • 電阻R5 :起緩沖限流的作用,一般選取1KΩ~100KΩ之間(有些電路可能未加此電阻)。
  • 三極管Q1 :NPN類型三極管,需根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場合選擇電壓、電流的合適型號。

4. 工作原理

當(dāng)采樣電阻R4的電壓變化時(shí),該電壓變化直接反饋到運(yùn)放U1A的反相輸入端。運(yùn)放通過比較反相輸入端與同相輸入端(通常為固定電壓)的電壓差值,輸出一個(gè)控制信號到三極管Q1的基極,從而改變?nèi)龢O管的內(nèi)阻和發(fā)射極與集電極間的電壓降。這樣,采樣電阻R4的電壓就保持在一個(gè)相對穩(wěn)定的值上,從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流的恒定。

5. 電流計(jì)算

根據(jù)運(yùn)放的虛短和虛斷特性以及基爾霍夫電流定律,可以推導(dǎo)出輸出電流I3的表達(dá)式。以文章開頭的電路圖為例,通過一系列公式換算,最終可以得到I3=4*V1/R,其中V1是固定電壓值,R是電路中的某個(gè)電阻值。通過調(diào)整R的值,可以實(shí)現(xiàn)對輸出電流I3的調(diào)節(jié)。

七、實(shí)際應(yīng)用

運(yùn)放恒流源電路在實(shí)際應(yīng)用中具有廣泛的用途。例如,在LED驅(qū)動(dòng)電路中,可以利用運(yùn)放恒流源電路為LED提供穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電流,確保LED的發(fā)光亮度和穩(wěn)定性;在電化學(xué)分析儀器中,恒流源電路可以用于控制電化學(xué)反應(yīng)的電流大小,提高分析的準(zhǔn)確性和可靠性;在精密測量領(lǐng)域,恒流源電路可以作為電流源或偏置電流源使用,為測量電路提供穩(wěn)定的電流基準(zhǔn)。

八、總結(jié)

運(yùn)放恒流源電路通過運(yùn)放的負(fù)反饋特性和反饋機(jī)制以及合適的控制元件和反饋網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的恒流輸出。這種電路配置在許多應(yīng)用中非常有用,其設(shè)計(jì)和分析過程需要熟練掌握運(yùn)放的虛短和虛斷特性以及相關(guān)的電路分析方法。通過合理的電路設(shè)計(jì)和元件選擇可以實(shí)現(xiàn)對輸出電流的精確控制和調(diào)節(jié)。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
  • 運(yùn)算放大器
    +關(guān)注

    關(guān)注

    215

    文章

    4879

    瀏覽量

    172338
  • 運(yùn)放
    +關(guān)注

    關(guān)注

    47

    文章

    1148

    瀏覽量

    52934
  • 恒流源電路
    +關(guān)注

    關(guān)注

    6

    文章

    89

    瀏覽量

    26868
收藏 人收藏

    評論

    相關(guān)推薦

    運(yùn)和電壓調(diào)節(jié)器構(gòu)成的恒流源電路

    傳感器及發(fā)光器件常需恒流源供電,精確測量微小電阻一般也要用到恒流源恒流源的本質(zhì)是其具有調(diào)節(jié)負(fù)載兩端電壓的能力,凡具有電壓調(diào)整能力的器件均可構(gòu)成恒流源,包括
    發(fā)表于 10-08 10:36 ?5288次閱讀
    由<b class='flag-5'>運(yùn)</b><b class='flag-5'>放</b>和電壓調(diào)節(jié)器構(gòu)成的<b class='flag-5'>恒流源</b><b class='flag-5'>電路</b>

    運(yùn)應(yīng)用電路分析

    運(yùn)的基本分析方法:虛斷,虛短。對于不熟悉的運(yùn)應(yīng)用電路,就使用該基本
    發(fā)表于 09-06 10:42 ?1193次閱讀

    一種由運(yùn)組成的恒流源電路

    這是一種由運(yùn)組成的恒流源電路。
    的頭像 發(fā)表于 09-13 10:57 ?7014次閱讀

    運(yùn)應(yīng)用電路分析

    運(yùn)的基本分析方法:虛斷,虛短。對于不熟悉的運(yùn)應(yīng)用電路,就使用該基本
    發(fā)表于 09-19 09:23 ?1553次閱讀

    運(yùn)經(jīng)典應(yīng)用電路原理分析

    運(yùn)的基本分析方法:虛斷,虛短。對于不熟悉的運(yùn)應(yīng)用電路,就使用該基本
    發(fā)表于 10-17 09:56 ?2751次閱讀

    恒流源電路圖講解 基于運(yùn)和三極管的恒流源電路設(shè)計(jì)

    最近,杰克又開始不務(wù)正業(yè),繼續(xù)學(xué)習(xí)起了硬件電路的設(shè)計(jì)。本篇推文主要內(nèi)容包括:運(yùn)的虛短和虛斷描述、簡單恒流源電路
    發(fā)表于 10-01 17:04 ?2.2w次閱讀
    <b class='flag-5'>恒流源</b><b class='flag-5'>電路</b>圖講解 基于<b class='flag-5'>運(yùn)</b><b class='flag-5'>放</b>和三極管的<b class='flag-5'>恒流源</b><b class='flag-5'>電路</b>設(shè)計(jì)

    【原創(chuàng)】運(yùn)實(shí)現(xiàn)恒流源電路

    上圖是運(yùn)搭建的恒流電路,和上期講的一樣,實(shí)現(xiàn)1mA的恒流源。他的工作原理主要通過運(yùn)的電壓跟隨
    發(fā)表于 11-08 16:15

    運(yùn)構(gòu)成的可調(diào)恒流源電路

    運(yùn)構(gòu)成的可調(diào)恒流源電路
    發(fā)表于 10-13 14:46 ?7345次閱讀
    <b class='flag-5'>運(yùn)</b><b class='flag-5'>放</b>構(gòu)成的可調(diào)<b class='flag-5'>恒流源</b><b class='flag-5'>電路</b>

    運(yùn)構(gòu)成的可控雙向恒流源電路

    運(yùn)構(gòu)成的可控雙向恒流源電路
    發(fā)表于 10-13 14:49 ?4466次閱讀
    <b class='flag-5'>運(yùn)</b><b class='flag-5'>放</b>構(gòu)成的可控雙向<b class='flag-5'>恒流源</b><b class='flag-5'>電路</b>

    MIC29152和雙運(yùn)構(gòu)成的恒流源電路

    MIC29152和雙運(yùn)構(gòu)成的恒流源電路 如圖所示的電路是采用MIC29152和一只雙運(yùn)
    發(fā)表于 11-19 10:47 ?5597次閱讀
    MIC29152和雙<b class='flag-5'>運(yùn)</b><b class='flag-5'>放</b>構(gòu)成的<b class='flag-5'>恒流源</b><b class='flag-5'>電路</b>

    運(yùn)恒流源電路分析方法

    運(yùn)電路中的恒流源電路分析方法 普通鏡像恒流源、多集電極恒流
    發(fā)表于 02-21 17:39 ?307次下載
    <b class='flag-5'>運(yùn)</b><b class='flag-5'>放</b>中<b class='flag-5'>恒流源</b><b class='flag-5'>電路</b><b class='flag-5'>分析</b>方法

    基于運(yùn)的一個(gè)大電流恒流源

    基于運(yùn)的一個(gè)大電流恒流源使用NI Multisim 13.0 仿真運(yùn)放大電流的恒流源電路中主
    發(fā)表于 01-07 15:29 ?51次下載
    基于<b class='flag-5'>運(yùn)</b><b class='flag-5'>放</b>的一個(gè)大電流<b class='flag-5'>恒流源</b>

    運(yùn)比較器電路特性分析

    運(yùn)比較器電路特性分析
    的頭像 發(fā)表于 12-04 11:14 ?2679次閱讀
    <b class='flag-5'>運(yùn)</b><b class='flag-5'>放</b>比較器<b class='flag-5'>電路</b>特性<b class='flag-5'>分析</b>

    運(yùn)恒流源的工作原理

    運(yùn)恒流源的工作原理,主要基于運(yùn)算放大器(Operational Amplifier,簡稱運(yùn))的“虛短”和“虛斷”特性,以及負(fù)反饋機(jī)制來實(shí)
    的頭像 發(fā)表于 08-28 09:55 ?909次閱讀

    運(yùn)恒流源有哪些優(yōu)缺點(diǎn)

    運(yùn)恒流源,即利用運(yùn)算放大器(Operational Amplifier,簡稱運(yùn))構(gòu)成的恒流源
    的頭像 發(fā)表于 08-28 10:18 ?715次閱讀