恒流源分為兩種形式:流出和流入。
1、最簡單的恒流源是使用恒流二極管。實(shí)際上,恒流二極管的使用相對較少。除了恒流二極管的恒流特性不是很好的事實(shí)之外,電流規(guī)格相對較小并且價格更昂貴。
2、最常用的簡單恒流源如圖1所示。使用兩個相同類型的晶體管,并且將晶體管的相對穩(wěn)定的電壓用作參考。當(dāng)前值為:I = Vbe / R1。
這種恒流源的優(yōu)點(diǎn)是簡單易實(shí)現(xiàn),電流值可自由控制,無需使用特殊元件,有利于降低產(chǎn)品成本。缺點(diǎn)是不同類型的管的電壓不是固定值,即使它們是同一類型,也存在某些個體差異。同時,該電壓也會隨著工作電流的不同而在一定程度上波動。因此,它不適用于精確的恒定電流要求。
3、為了準(zhǔn)確輸出電流,通常使用運(yùn)算放大器作為反饋,并使用場效應(yīng)晶體管來避免由三極管電流引起的誤差。運(yùn)算放大器的典型恒流源如圖2所示。如果電流不必特別精確,則場效應(yīng)管也可以用三極管代替。
當(dāng)前的計算公式為:I=Vin/R1
該電路可以看作是恒定電流源的標(biāo)準(zhǔn)電路。除了足夠的準(zhǔn)確性和可調(diào)整性之外,所使用的組件也很常見,易于設(shè)置和調(diào)試。只是Vin需要由用戶提供。
從以上兩個電路可以看出,恒流源具有固定的公式,該公式將使用參考電壓在電阻器上建立固定的電流。利用該公式,可以將恒流源的結(jié)構(gòu)擴(kuò)展到可以提供此“參考電壓”的所有設(shè)備。
4、最簡單的參考電壓是齊納二極管。使用齊納二極管和晶體管,可以構(gòu)建更簡單的恒流源,如圖(3)所示。
當(dāng)前的計算公式為:I =(Vd-Vbe)/R1
5、TL431是另一種常用的電壓基準(zhǔn)。圖(4)顯示了用TL431構(gòu)建的恒流源,其中用場效應(yīng)管代替了晶體管,以實(shí)現(xiàn)更高的精度。
當(dāng)前的計算公式為:I = 2.5/R1
6、實(shí)際上,所有三個端子調(diào)節(jié)器都是很好的電壓源,并且三個端子調(diào)節(jié)器的精度已經(jīng)很高,所需的維護(hù)電流也很低。如圖(5)所示,使用三端穩(wěn)壓器形成恒流源也具有很好的性價比。這種結(jié)構(gòu)的恒流源不適用于過小的電流,因?yàn)榇藭r三端穩(wěn)壓器本身的維持電流會引起較大的誤差。當(dāng)前的計算公式為:I = V / R1,其中V是三極穩(wěn)壓的穩(wěn)壓值。
7、在實(shí)際電路中,有一些特殊的結(jié)構(gòu)也可以提供良好的恒定電流特性。最典型的是,電阻兩端的極高電壓會在低壓器件上產(chǎn)生電流,如圖(6)所示。恒流源的精度取決于高壓的精度以及由高壓引起的電壓波動。低壓設(shè)備本身。在某些開關(guān)電源電路中,該結(jié)構(gòu)用于向晶體管提供偏置電流。
當(dāng)前的計算公式為:I = Vin/R1
值得注意的是,并非所有上述恒流源都適合于安培以上的恒流應(yīng)用,因?yàn)殡娮鑳啥说碾娏鬟^大會導(dǎo)致嚴(yán)重發(fā)熱。
在圖(2)中,可以通過使用較小的電阻器來減少熱量。但是,在單功率模式下,大多數(shù)運(yùn)算放大器無法有效地感應(yīng)和輸出接近地面或Vcc的電壓。因此,必須使用特殊設(shè)備來滿足要求。有一種簡單的方法可通過電壓穩(wěn)定來增加電阻兩端的電壓偏置裝置(齊納管或TL431等),以便該電壓進(jìn)入運(yùn)算放大器的檢測范圍。
恒定電流源的本質(zhì)是使用設(shè)備來反饋電流并動態(tài)調(diào)整設(shè)備的電源狀態(tài),以便電流趨于恒定。只要可以獲得電流,就可以有效地建立反饋以構(gòu)成恒定電流源。
8、可以提供電流反饋的設(shè)備,以及用于反饋電流環(huán)路中某些設(shè)備或環(huán)路中的發(fā)光設(shè)備(例如光電耦合器,發(fā)光管等)的磁場的電流互感器或霍爾元件,可以提供回饋。這些方法可以作為恒定電流的有效來源,并且更適合于大電流等特殊場合。但是,由于這些實(shí)現(xiàn)形式的電路更加復(fù)雜,因此在此不再單獨(dú)介紹它們。
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恒流源
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