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两个三极管构成的恒流源电路解析

要长高 来源:硬件笔记本 作者: 蜗牛 2022-06-14 16:32 次阅读

大家好,我是蜗牛,今天跟大家分享一下由两个三极管构成的恒流源电路。

如下图所示,是用两个NPN三极管搭建的低成本恒流源电路,结构比较简单。怎么做到恒流的呢?我们一起来分析一下。

poYBAGKoRxCAIni1AAD9vBIgOUY940.png

图1 恒流源电路

在该电路中,可以把D1或R2看作是负载,且互相串联。忽略微小的基极电流,则流过他们的电流相等。

1、当单片机输出“0”(即0V)时:Q1、Q2都截止,灯D1不亮;

2、当单片机输出“1”(即3.3V)时,Q1和Q2处于什么状态,放大还是饱和?灯D1的工作电流恒定是多少?

首先确认一点,两个三极管这样的接法注定了它们只会工作在放大状态,而不是开关状态。Q1饱和了,Q2还能有电流?Q2没电流,Q1怎么有电流?所以Q1和Q2互相钳制维持在一个平衡状态。任何一个三极管的饱和都将使电路处于开或关的状态,是无法恒流的。

如果由于某种因素造成电路不稳定,使得流过D1(及与之串联的R2)的电流增大了,R2上的电压就会增高,那么Q1的基极电位就会升高,从而使Q1的ce间等效电阻相应减小。而Q1的ce间等效电阻控制着Q2基极电压,它的减小无疑又会使Q2向截止方向靠近,从而又减小了流过R2的电流,这种作用会持续到电路平衡为止,即流过R2(近似等于D1中)的电流既不能大又不能小,而是一个恒定值,因而实现了恒流电源的功能。

pYYBAGKoRxaAbOkbAADceCuNiKc593.png

图2 由于某种因素导致D1电流增大,电路分析

如果电流减小了,分析方法同上,不赘述了。

poYBAGKoRxyASZx_AADfuUWodV8003.png

图3 由于某种因素导致D1电流减小,电路分析

最终平衡的结果就是R2上电压等于Q1基极电压,一般0.7V,所以恒流值为0.7V/R2,Ic即负载D1的电流约等于0.7V/R2。Q2的b极电位大于等于1.4V的电压,此时Q2的b极到地的电压为:VR2+VBE(Q2)。

当单片机输出高电平3.3V时,我们一起来仿真一下(后台回复“恒流源电路”,可获得仿真文件)

pYYBAGKoRyOABC3SAAHqX_N16T8214.png

图4 仿真电路

pYYBAGKoRyiAUcwtAAGsrzZjy5s717.png

图5 仿真电路电压波形

如上图,A通道是R2两端电压,B通道是Q2的基极电压。

可以看出A通道R2两端电压一直被三极管Q1的be钳位在0.649V,B通道稳定在1.34V≈0.649V*2=1.3V。跟我们理论上得出的结论基本一致。

poYBAGKoRy-AIz7hAAGKC1EyTM8763.png

图6 仿真电路电阻R2通过的电流波形

poYBAGKoRzSASfpVAABR-AZwLpg597.png

图7 仿真电路电流探针参数设置

如上图,是电阻R2通过的电流大小,由于电流探针设置的是1mV/mA,所以得出电流值为12.98mA。也可计算得出:0.7V/50=14mA,跟计算结果相差不大。

所以想要控制负载灯D1的亮度,只需要调整R2的阻值大小。

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