恒流源顾名思义,一定功率下,电流几乎不变电压可以变的电流源。一般常用在电机温度采样,即用PTC当作恒流源的负载,由于电流不变,PTC的内阻会随着温度的变化而变化,从而变化压降得到对应温度的变化。还有用在LED等驱动电路,可以同时控制数个或以上个LED灯,而且它的亮度基本一样。恒流源用途很多,就不一一举例了。
上图,用两个三极管搭建的恒流源电路,RL是负载,接LED或PTC都可以。
当Q1的b极电位大于等于0.7V的电压,Q1会导通。这里就加大Q1的b极电压, 当Q1导通后,形成Ic、Ie、Ib电流会流过R1,当R1两端的压降大于0.7V时,三极管Q2就会导通,R1两端压降会被Q2的be钳位在0.7V(Q1的b极电位大于等于1.4V的电压),此时Q1的b极到地的电压为:VR1+VBE(Q1),所以可以计算I/O口输出的电压:令Q1的基极Vb,得发射极Ve为Vb-0.7V,三极管的β=100,整理上面数据可得:(Vio-Vb)/R2*β=(Vb-0.7V)/R1+(Vio-Vb)/R2,Ie=Ibβ+Ib,Ib和Ie、Ic不是一个量级100倍以上的关系,所以Ib可以忽略,(Vio-Vb)/R2可以忽略,公式整理得(Vio-Vb)/R2*β=(Vb-0.7V)/R1,公式整理得:Vio=Vb+(Vb-0.7)*R2/(R1*β)。
只要Q1的基极Vb大于1.4V的电压,R1两端的压降始终会维持在0.7V,Q1的Ie电流恒为0.7V/R1,Ic即负载RL的电流约等于0.7V/R1。
现在分析通过Q1和Q2怎么实现1mA恒流的,无论VCC和Vin怎么变化都可以实现恒流,实现宽电压输入:上图所示这个电路中,单片机的的I/O口输出Vin:Vio=Vb+(Vb-0.7)*R2/(R1*β)=Vb+(Vb-0.7)*3.5k/0.7K*100
=Vb+0.05Vb-0.035
=1.05Vb-0.035=Vin,令Vin=1.4V,可得Vb=1.36V,
当令Vb=1.4V时,Vin=1.05*1.4-0.035=1.435V,以上三极管的Vbe压降按照0.7V算,VCES按照0.3V算。
只要Vin大于等于1.435V,VCC大于等于VRL+VCES1+VR1。如果把RL用PTC100代替,设计恒流源为1mA,根据VCC大于等于VRL+VCES1+VR1=100Ω*1mA+0.3V(Q1的饱和压降)+700Ω*1mA=1.1V。
综上所述,恒流必须要满足VCC大于等于1.1V,Vin大于等于1.435V,这个恒流源恒成立。Q1的Ie=Ic+Ib,通过公式可以看出Ie的电流由Ic和Ib共同决定,即Ic提供不了1mA电流Ib会补,正常Ic电流远远大于Ib,所以Q1实现了恒流。当负载Ic突然变大时,Ve的电位会升高,Q1的Vbe压降会变小,Ib也会变小,Ic也会变小。当负载Ic变小时,Ve会变小,Vbe会变大,Ib会变大,Ic变大。这样就实现了闭环调节。当Vin不断变大时,R1的压降大于等于0.7V时Q2会导通,Ve会被Q2的BE压降钳位在0.7V,此时仍能保持Q1的Ie稳定1mA输出。
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