細說恒流源,detail of constant current source

關(guān)鍵字：細說恒流源

恒流源分為流出(Current Source)和流入(Current Sink)兩種形式。

最簡單的恒流源，就是用一只恒流二極管。實際上，恒流二極管的應(yīng)用是比較少的，除了因為恒流二極管的恒流特性并不是非常好之外，電流規(guī)格比較少，價格比較貴也是重要原因。

最常用的簡易恒流源如 圖(1) 所示，用兩只同型三極管，利用三極管相對穩(wěn)定的be電壓作為基準，

電流數(shù)值為：I = Vbe/R1。

這種恒流源優(yōu)點是簡單易行，而且電流的數(shù)值可以自由控制，也沒有使用特殊的元件，有利于降低產(chǎn)品的成本。缺點是不同型號的管子，其be電壓不是一個固定值，即使是相同型號，也有一定的個體差異。同時不同的工作電流下，這個電壓也會有一定的波動。因此不適合精密的恒流需求。

為了能夠精確輸出電流，通常使用一個運放作為反饋，同時使用場效應(yīng)管避免三極管的be電流導(dǎo)致的誤差。典型的運放恒流源如圖(2)所示，如果電流不需要特別精確，其中的場效應(yīng)管也可以用三極管代替。

電流計算公式為：

I = Vin/R1

這個電路可以認為是恒流源的標準電路，除了足夠的精度和可調(diào)性之外，使用的元件也都是很普遍的，易于搭建和調(diào)試。只不過其中的Vin還需要用戶額外提供。

從以上兩個電路可以看出，恒流源有個定式（寒，“定式”好像是圍棋術(shù)語XD），就是利用一個電壓基準，在電阻上形成固定電流。有了這個定式，恒流源的搭建就可以擴展到所有可以提供這個“電壓基準”的器件上。

最簡單的電壓基準，就是穩(wěn)壓二極管，利用穩(wěn)壓二極管和一只三極管，可以搭建一個更簡易的恒流源。如圖(3)所示：

電流計算公式為：I = (Vd-Vbe)/R1

TL431是另外一個常用的電壓基準，利用TL431搭建的恒流源如圖(4)所示，其中的三極管替換為場效應(yīng)管可以得到更好的精度。TL431組成流出源的電路，暫時我還沒想到:)

TL431的其他信息請參考《TL431的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖》和《TL431的幾種基本用法》

電流計算公式為：I = 2.5/R1

事實上，所有的三端穩(wěn)壓，都是很不錯的電壓源，而且三端穩(wěn)壓的精度已經(jīng)很高，需要的維持電流也很小。利用三端穩(wěn)壓構(gòu)成恒流源，也有非常好的性價比，如圖(5)所示。

這種結(jié)構(gòu)的恒流源，不適合太小的電流，因為這個時候，三端穩(wěn)壓自身的維持電流會導(dǎo)致較大的誤差。

電流計算公式為：I = V/R1，其中V是三端穩(wěn)壓的穩(wěn)壓數(shù)值。

實際的電路中，有一些特殊的結(jié)構(gòu)，也可以提供很好的恒流特性，最典型的就是一個很高的電壓通過一個電阻在一個低壓設(shè)備上形成電流，如圖(6)，這個恒流源的精度，取決于高壓的精確度和低壓設(shè)備本身導(dǎo)致的電壓波動。在一些開關(guān)電源電路中，這個結(jié)構(gòu)用來給三極管提供偏置電流。

電流計算公式為： I = Vin/R1

值得一提的是，以上這些恒流源并不都適合安培以上級別的恒流應(yīng)用，因為電阻上面太大的電流會導(dǎo)致發(fā)熱嚴重。

圖(2)可以通過使用更小的電阻來降低這個熱量，不過在單電源供電模式下，多數(shù)運放都不能有效檢測和輸出接近地或者Vcc的電壓，因此必須使用特殊的器件才能達到要求。有個簡單的辦法是通過一個穩(wěn)壓器件（穩(wěn)壓管，或者TL431等）偏置電阻上面的電壓，使得這個電壓進入運放的檢測范圍。

恒流源的實質(zhì)是利用器件對電流進行反饋，動態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)備的供電狀態(tài)，從而使得電流趨于恒定。只要能夠得到電流，就可以有效形成反饋，從而建立恒流源。

能夠進行電流反饋的器件，還有電流互感器，或者利用霍爾元件對電流回路上某些器件的磁場進行反饋，也可以利用回路上的發(fā)光器件（例如光電耦合器，發(fā)光管等）進行反饋。這些方式都能夠構(gòu)成有效的恒流源，而且更適合大電流等特殊場合，不過因為這些實現(xiàn)形式的電路都比較復(fù)雜，這里就不一一介紹了。

最后說明一下（不說明一下我不放心:P），因為本人并非專業(yè)的電路設(shè)計人員，只是因為業(yè)余愛好才研究這些知識，如果我提供的內(nèi)容有不準確和錯誤的地方，還請大家多多指正:)