【技术】解析恒流源电路原理及种类
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。
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