細(xì)說(shuō)恒流源,detail of constant current source

關(guān)鍵字：細(xì)說(shuō)恒流源

恒流源分為流出(Current Source)和流入(Current Sink)兩種形式。

最簡(jiǎn)單的恒流源，就是用一只恒流二極管。實(shí)際上，恒流二極管的應(yīng)用是比較少的，除了因?yàn)楹懔鞫O管的恒流特性并不是非常好之外，電流規(guī)格比較少，價(jià)格比較貴也是重要原因。

最常用的簡(jiǎn)易恒流源如 圖(1) 所示，用兩只同型三極管，利用三極管相對(duì)穩(wěn)定的be電壓作為基準(zhǔn)，

電流數(shù)值為：I = Vbe/R1。

這種恒流源優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，而且電流的數(shù)值可以自由控制，也沒(méi)有使用特殊的元件，有利于降低產(chǎn)品的成本。缺點(diǎn)是不同型號(hào)的管子，其be電壓不是一個(gè)固定值，即使是相同型號(hào)，也有一定的個(gè)體差異。同時(shí)不同的工作電流下，這個(gè)電壓也會(huì)有一定的波動(dòng)。因此不適合精密的恒流需求。

為了能夠精確輸出電流，通常使用一個(gè)運(yùn)放作為反饋，同時(shí)使用場(chǎng)效應(yīng)管避免三極管的be電流導(dǎo)致的誤差。典型的運(yùn)放恒流源如圖(2)所示，如果電流不需要特別精確，其中的場(chǎng)效應(yīng)管也可以用三極管代替。

電流計(jì)算公式為：

I = Vin/R1

這個(gè)電路可以認(rèn)為是恒流源的標(biāo)準(zhǔn)電路，除了足夠的精度和可調(diào)性之外，使用的元件也都是很普遍的，易于搭建和調(diào)試。只不過(guò)其中的Vin還需要用戶(hù)額外提供。

從以上兩個(gè)電路可以看出，恒流源有個(gè)定式（寒，“定式”好像是圍棋術(shù)語(yǔ)XD），就是利用一個(gè)電壓基準(zhǔn)，在電阻上形成固定電流。有了這個(gè)定式，恒流源的搭建就可以擴(kuò)展到所有可以提供這個(gè)“電壓基準(zhǔn)”的器件上。

最簡(jiǎn)單的電壓基準(zhǔn)，就是穩(wěn)壓二極管，利用穩(wěn)壓二極管和一只三極管，可以搭建一個(gè)更簡(jiǎn)易的恒流源。如圖(3)所示：

電流計(jì)算公式為：I = (Vd-Vbe)/R1

TL431是另外一個(gè)常用的電壓基準(zhǔn)，利用TL431搭建的恒流源如圖(4)所示，其中的三極管替換為場(chǎng)效應(yīng)管可以得到更好的精度。TL431組成流出源的電路，暫時(shí)我還沒(méi)想到:)

TL431的其他信息請(qǐng)參考《TL431的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖》和《TL431的幾種基本用法》

電流計(jì)算公式為：I = 2.5/R1

事實(shí)上，所有的三端穩(wěn)壓，都是很不錯(cuò)的電壓源，而且三端穩(wěn)壓的精度已經(jīng)很高，需要的維持電流也很小。利用三端穩(wěn)壓構(gòu)成恒流源，也有非常好的性?xún)r(jià)比，如圖(5)所示。

這種結(jié)構(gòu)的恒流源，不適合太小的電流，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候，三端穩(wěn)壓自身的維持電流會(huì)導(dǎo)致較大的誤差。

電流計(jì)算公式為：I = V/R1，其中V是三端穩(wěn)壓的穩(wěn)壓數(shù)值。

實(shí)際的電路中，有一些特殊的結(jié)構(gòu)，也可以提供很好的恒流特性，最典型的就是一個(gè)很高的電壓通過(guò)一個(gè)電阻在一個(gè)低壓設(shè)備上形成電流，如圖(6)，這個(gè)恒流源的精度，取決于高壓的精確度和低壓設(shè)備本身導(dǎo)致的電壓波動(dòng)。在一些開(kāi)關(guān)電源電路中，這個(gè)結(jié)構(gòu)用來(lái)給三極管提供偏置電流。

電流計(jì)算公式為： I = Vin/R1

值得一提的是，以上這些恒流源并不都適合安培以上級(jí)別的恒流應(yīng)用，因?yàn)殡娮枭厦嫣蟮碾娏鲿?huì)導(dǎo)致發(fā)熱嚴(yán)重。

圖(2)可以通過(guò)使用更小的電阻來(lái)降低這個(gè)熱量，不過(guò)在單電源供電模式下，多數(shù)運(yùn)放都不能有效檢測(cè)和輸出接近地或者Vcc的電壓，因此必須使用特殊的器件才能達(dá)到要求。有個(gè)簡(jiǎn)單的辦法是通過(guò)一個(gè)穩(wěn)壓器件（穩(wěn)壓管，或者TL431等）偏置電阻上面的電壓，使得這個(gè)電壓進(jìn)入運(yùn)放的檢測(cè)范圍。

恒流源的實(shí)質(zhì)是利用器件對(duì)電流進(jìn)行反饋，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)備的供電狀態(tài)，從而使得電流趨于恒定。只要能夠得到電流，就可以有效形成反饋，從而建立恒流源。

能夠進(jìn)行電流反饋的器件，還有電流互感器，或者利用霍爾元件對(duì)電流回路上某些器件的磁場(chǎng)進(jìn)行反饋，也可以利用回路上的發(fā)光器件（例如光電耦合器，發(fā)光管等）進(jìn)行反饋。這些方式都能夠構(gòu)成有效的恒流源，而且更適合大電流等特殊場(chǎng)合，不過(guò)因?yàn)檫@些實(shí)現(xiàn)形式的電路都比較復(fù)雜，這里就不一一介紹了。

最后說(shuō)明一下（不說(shuō)明一下我不放心:P），因?yàn)楸救瞬⒎菍?zhuān)業(yè)的電路設(shè)計(jì)人員，只是因?yàn)闃I(yè)余愛(ài)好才研究這些知識(shí)，如果我提供的內(nèi)容有不準(zhǔn)確和錯(cuò)誤的地方，還請(qǐng)大家多多指正:)