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晶体管场效应管集成运放恒流源电路设计

电流互感器

来源:华体会网页登录入口    发布时间:2024-01-28 19:55:21


  称为恒流源。所谓恒流,是一种习惯说法,并不是电流值绝对不变,只是这种变化相对的小而已,在一个规定的工作范围内保持充足的稳定性。

  经常有人问起,看到LED驱动电源,不知道是恒压源还是恒流源类型的。讲正题之前,先在这里给大家讲一个很实用的区分小技巧:看到一个LED驱动电源,先看电源的名牌参数。看输出电压这个关键参数:若它的电压标称是一个恒定值,则是恒压源。如果是一个范围值,则是恒流源。比如:有一个电源它的输出电压是12V,就确定这个是恒压源,如果它标称的是30~70V呢,那就一个恒流源。

  恒流源是LED电路中常常使用的,今天把很常见的恒流源的基本结构和特点整理一下,奉献给eepw论坛的网友们分享。当然,真正的恒流源电源都用的是这些结构的拓展和变换类型,或者集成IC的形式。

  基本的恒流源电路,这里依据主要组成器件的不同,可分为三类:晶体管恒流源、场效应管恒流源、集成运放恒流源等。

  这类恒流源以晶体三极管为主要组成器件,利用晶体三极管集电极电压变化对电流影响小,并在电路中采用电流负反馈来提高输出电流之恒定性,通常,还采用一定的温度补偿和稳压措施。其基本型电路如图1的A,B两种类型。

  图1中的电路的不足就是晶体管的集射极间电阻一般为几十千欧以上,当只需几伏的工作电压,采用这种恒流源电路 ,其等效内阻是非常大,功耗大,且精度不高。

  实际电路中,最常用的简易恒流源如图2所示,用两只同型三极管,利用三极管相对来说比较稳定的be电压作为基准,电流数值为:I=Vbe/R1。

  图2的这种恒流源优点是简单易行,而且电流的数值可以自由控制,也没用特殊的元件,有利于降低产品的成本。缺点是不相同的型号的管子,其be 电压不是一个固定值,即使是相同型号,也有一定的个体差异。同时不同的工作电流下,这个电压也会有一定的波动。因此不适合精密的恒流需求。

  式中Vp表示为夹断电压 ,Idss为饱和漏极电流。也可以去掉电源辅助回路 ,变成一纯两端网络,电路如图3 B所示 ,由图可得Vgs =- Id*RS

  这种恒流源电路的场效应管为JEFT,超低噪声,输出电流有JEFT决定,检测电压与JEFT有关。

  为了能够精确输出电流,通常使用一个运放作为反馈,同时使用场效应管避免三极管的be电流导致的误差。典型的运放恒流源如图4所示,如果电流不需要非常精确,其中的场效应管也可以用三极管代替如图4B。

  如图4B中,工作时,输入电压Vref与输出电流成比例的检测电压,Vs(Vs=Rs*Iout)相等,

  这个电路能认为是恒流源的标准电路,除了足够的精度和可调性之外,使用的元件也都是很普遍的,易于搭建和调试。只不过其中的Vin还需要用户额外提供。

  从以上两个电路能看出,恒流源有个定式,是利用一个电压基准,在电阻上形成固定电流。有了这个定式,恒流源的搭建就可以扩展到所有能够给大家提供这个电压基准的器件上,最典型的是利用TL431组成的恒流源电路。

  TL431是另外一个常用的电压基准,利用TL431搭建的恒流源如图5所示,其中的三极管替换为场效应管能够获得更好的精度。

  电流计算公式为:Iout=Vref/Rs,检测电压根据Vref不同,即1.25V或者是2.5V不同而已。

  有经验的模拟电路工程师经常会用三端稳压IC做恒流源,使用这一些三端稳压电源IC,本身精度已经很高,需要的维持电流也很小。利用三端稳压构成恒流源,也有非常好的性价比,如图5所示的LM317的两种类型。

  这种结构的恒流源,不适合太小的电流,因为这样一个时间段,三端稳压自身的维持电流会导致较大的误差。

  恒流源的实质是利用器件对电流进行反馈,动态调节设备的供电状态,从而使得电流趋于恒定。只要能获得电流,就可以有效形成反馈,从而建立恒流源。

  能够进行电流反馈的器件,还有电流互感器,或者利用霍尔元件对电流回路上某些器件的磁场进行反馈,也可通过回路上的发光器件(例如光电耦合器,发光 管等)进行反馈。这些方式都能够构成有效的恒流源,而且更适合大电流等特殊场合,不过因为这一些实现形式的电路都很复杂,这里就不一一介绍了。

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