【技术】解析恒流源电路原理及种类

时间： 2022-11-15 来源：恩智测控NGI公众号

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随着工业智能化的不断发展，嵌入式系统对供电的要求越来越高，对输入电压范围也越来越宽，对输出电流精度要求日益提高。那么，如何保持宽电压输入而供电电流能够保持稳定？恒流电路的工作原理是什么？以及基本的恒流电路有哪些？

恒流源电路工作原理

恒流源由信号源和电压控制电流源(VCCS)两部分组成。正弦信号源采用直接数字频率合成(DDS)技术，即以一定频率连续从EPROM中读取正弦采样数据，经D/A转换并滤波后产生EIT所需的正弦信号。

恒流恒压电源内部有两个控制单元，一个是稳压控制单元，在负载发生变化的情况下，努力使输出电压保持稳定，前提是输出电流必须小于预先设定的恒流值。实际上在恒压状态时，恒流控制单元处于休止状态，它不干扰输出电压和输出电流。一种是恒流状态，按照恒流电源的特征在工作。恒压恒流电源指既有恒压控制部件，又具有恒流控制部件的电源。

常见的恒流源电路

1.稳压二极管恒流电路

首先是单个三极管做到的稳压二极管恒流电路，该恒流电路主要是运用了稳压二极管上的电压较稳定特性，以及三极管Vbe的稳定性，组成的恒流电路。优点是成本低，电流可调，缺点是温度特性差，稳流精度不高，适用于对精度要求不高的场合。

在稳压二极管的恒流电路中，三极管Q1的基级电压被限定在稳压二极管D1的工作稳定电压Ud下，那么电阻R3占用的电压等于Uzd减去三极管基级与发射级的导通压降0.7V，即U=Ud-0.7保持恒定不变，所以流过电阻R3的电流保持不变，即使在VCC电源可变或者负载阻值发生变化的条件下也是固定不变，也就是R1负载的电流保持不变，达到恒流的目的。

2.三极管恒流电路

接下来是由两个同型号的三极管构成的三极管恒流电路，根据三极管Vbe电压相对稳定，以及三极管的基极电流相对集电极电流较小的特点，组成一个电流相对恒定的恒流源。这个恒流源没有用到特殊器件，两个三极管和两个电阻组成，成本低，输出电流可调。缺点是三极管Vbe的大小会随电流及温度的变化而变化，电流大Vbe大，温度低Vbe大，所以不适合用在精度要求高的地方。

三极管的恒流电路，是利用Q2三极管的基级导通电压为0.7V左右这个特性;当信号引脚为固定的高电平时，经过R1的电流被限流，此时Q1导通，由于Q2的发射极接地根据PN节特性，Q2基极电压为0.7V，流过负载R2的电流与流过R3电阻的电流基本相等（忽略Q1与Q2三极管的基级电流），流过R3的电流为R3两端电压除以R3的阻值，因此流过负载R2的电流为恒定不变，即使R2阻值发生改变或者电源VCC电压发生改变，也能达到恒流的目的。

3.镜像恒流电路

下一个是镜像恒流源，镜像电流源的优点很多，不用发射极接入反馈电阻，电路很简单，也能获得比较稳定的像电流；容易集成化；能用一个基准电流，提供多个像电流，功耗特别低。因此，几乎每一块集成电路中都用镜像电流源。

镜像恒流源电路，它由两个特性完全相同两个NPN型三极管Q1、Q2构成，由于三极管Q1的集电极、基极相连，因此三极管Q1的Uce=Ube，即Q1处于放大状态，集电极电流IC0=β1*IB1。由于，三极管Q1和Q2的基极都与Q1集电极连接，所以它们的基极电流Ib1=Ib2=Ib。设电流放大系数β1=β2=β，则三极管Q1、Q2集电极电流IC0=IC1=IC=β*IB。，只要VCC不发生改变，及时Q2集电极电压发生变化Ic2也不会发生改变，这种接法使两个三极管集电极IC1和IC2呈镜像关系，称为镜像恒流源。

4.运放恒流电路

上面都是一些比较常见的简单的恒流源，并且有一个共性，稳压精度都不高，输出电流也不大。其他类似的恒流源，也都是以一个恒压源为基准组成，在这里就不一一列举。在应用过程中，如果需要高精度、大电流的恒流源，可以使用一个运放，组成一个高精度、大电流的恒流源。运放组成的恒流源特点是恒流值容易调控，优点是精度高，缺点是负载不能接地。

运放的恒流电路，主要是利用运放的“电压跟随特性”，根据运放“续短”原则，即运放的两个输入引脚in3与in2电压相等；当在运放引脚in3输入Vin稳定电源电压时，电阻R2两端的电压也为Vin不变，因此无论外界电路如何变化，流过R2电阻的电流是不变的；同三极管恒流电路原理分析一样，R3负载的电流等于R2电阻的电流，所以即使R3负载的电源为可变电压电源，R3负载的电流也是保持固定不变，达到恒流的效果。