幾種恒流源電路介紹及其仿真設(shè)計(jì)

對(duì)于電源，我們最常接觸的是恒壓源，日常生活中也最常使用到。而還有一種電源叫恒流源，這種電源用得比較少，但也不是少得見(jiàn)不到，比如LED的驅(qū)動(dòng)電源就是恒流源，還有在測(cè)量電阻的緊密儀器中也會(huì)用到恒流源電路。

下面我們介紹幾種恒流源：

使用運(yùn)放搭建的恒流源。

首先我們需要搭建一個(gè)基準(zhǔn)電壓，這個(gè)可以使用經(jīng)典的TL431芯片搭建，如下圖所示：

運(yùn)放電路搭建如下，根據(jù)運(yùn)放的“虛短”，可以得知：I = Vref / Rref。

將上述兩個(gè)電路連接起來(lái)得到如下電路：

仿真結(jié)果如下：

而根據(jù)上式計(jì)算結(jié)果輸出電流應(yīng)該是I = 2.495V / 2Ω = 1.2475A。但實(shí)際計(jì)算結(jié)果卻小于該值，這是為什么呢？分析一下可知，流過(guò)電阻Rref的電流除了三極管的集電極電流Ic還有基極電流Ib。測(cè)量一下Ib，結(jié)果如下。

Ic + Ib = 1.2355A + 0.0123A = 1.2478A。

改變Rload阻值為5Ω，仿真結(jié)果如下，電流不變。

使用兩個(gè)NPN三極管搭建的恒流源。

搭建電路如下：

分析上述電路可知：

Ic + Ib_NPN1 = Vbe / Rref – Ib_NPN2

Vbe為三極管發(fā)射結(jié)壓降0.7V，得出：

Ic = Vbe / Rref + Ib_NPN1 – Ib_NPN2

仿真結(jié)果如下：

據(jù)此計(jì)算可得：

Ic = 0.7V / 2Ω - 0.003466A + 0.000101A = 0.346635A。

一般來(lái)說(shuō)，三極管的基極電流很小，可以忽略。所以，對(duì)于該電路，可以有如下公式：

Ic = Vbe / Rref

對(duì)于該電流源電路，由于三極管的Vbe容易受到溫度影響，所以其精度較低。

使用TL431和三極管搭建的恒流源

針對(duì)上一個(gè)電路的缺點(diǎn)，改善方法可以使用一個(gè)TL431替代其中一個(gè)三極管，也就是使用溫漂系數(shù)小的TL431的2.495V基準(zhǔn)電壓替代三極管的Vbe。

分析該電路可知：

Vref / Rref = Io + Ib

其中，Vref = 2.495V。

仿真結(jié)果如下：

據(jù)此可計(jì)算：

Io = 2.495V / 2Ω - Ib = 1.2475A – 0.00621 = 1.24129A

可以看出計(jì)算的Io與仿真結(jié)果有些許差距，這是應(yīng)為T(mén)L431的反饋腳也會(huì)有電流流入。由于Ib和TL431反饋腳的電流很小很小，可以忽略不計(jì)，所以這個(gè)恒流源可以由下式計(jì)算：

Io = 2.495V / Rref

以上恒流源電路在合理范圍改變Rload的大小，流過(guò)Rload大小不會(huì)改變。有興趣的可以自己搭建電路試試。