三极管搭建的恒流源电路介绍

恒流源的输出电流为恒定。在一些输入方面如果应用该电路则能够有效保护输入器件。比如RS422通讯中采用该电路将有效保护该通讯。在一定电压方位内可以起到过压保护作用。今天，与各位同好一起分析一下原理以及使用注意事项。

1.0 使用三极管搭建的恒流源电路

首先看下面的电路方案，是使用两个三极管搭建的。

【实现原理分析】：

(1)刚上电时，AB间电压超过Q1的基极和发射极导通阈值，Q1集电极到发射极导通，而Q1基极-发射极间PN结的压降固定，设为Vbe(一般硅管是0.7~0.8V);

(2)接着，在Q2没导通前，其基极-发射极间的电压近似为VCC-Vbe，超过阈值导通，此时同样因为PN结间的固定压降，所以在B点和C点间的压降钳位在Vbe，流过电阻R2的电流就是固定的：I = Vbe/R2，这就是我们要的恒流;

(3)注意R1的取值，可以取大一些，因为Q2导通后相当于R1直接连在VCC和GND间了，这个电流是干耗的。

【利弊分析】：

这个应该说是非常低成本的方案，但是得出的恒流在精度上还是要差一些，因为我们看到了电流来源是靠三极管Vbe，这个不同批次的管子可能都会有差异，没法确保每一批做的电路都是一个电流值。

2.0 运算放大器和MOS管组成的恒流源电路

电路图

原理：

当负载电流Iout增加时，采样电阻1Ω上的电压V1增加，从而运算放大器反相输入端电压Vn增加;从而导致同相输入端Vp和反相输入端Vn之间的差值减小，然后运算放大器输出端Vout电压减小(即MOS管的驱动电压降低)，从而MOS管等效电阻变大(该电路中MOS等效为可变电阻器)，导致Iout减小。所以当Iout增加时，Iout会减小，从而形成负反馈。

由于存在负反馈，所以“虚短”和“虚断”成立，于是Vn=Vp=Vin，且V1=Vn;所以流过负载的电流Iout=Vin/1Ω(图中也有标注公式)。

仿真：

那么根据仿真，也可以进一步印证我们的想法。如上推导一样，该电路通过控制同相输入端电压Vp来实现恒流。仿真图中负载电流等于0.5V/1Ω=0.5A。图中C1作用为在运放上电瞬间建立瞬态的负反馈通路，让运放稳定(因为反馈回路较慢)。在正常工作后，C1等效为开路。

注意事项：

采样电阻(图中1Ω精度选取)，尽量选择高精度，低温漂的精密电阻。因为该采样电阻直接影响恒流源电路电流的精度。

MOS管功耗会很大(必要时可以MOS并联分流)。例如仿真图中Si9410上两端的压降为6.5V，由于负载电流为0.5A，所以MOS管上的热损功率为6.5V*0.5A=3.25W哈哈，仿真还能运行，实际上用起来可以烧开水了

1、简单恒流源

许多场合，由单个恒流管极管或几个恒流管串联、并联后串入有关电路，即可方便地构成简单的恒流源，既降低了电路对电压变化的敏感性，又减少了电路的复杂性，可广泛用于各种半导体器件和集成电路工作点的稳定。只要恒流管的端电压在US和UB之间变化，就能保证电流恒定。下图是单个恒流管构成的恒流电路，与恒流管串联负载RL即可得到恒定电流。

若一只恒流管的工作电流不够大，可用两只或两只以上的恒流管并联来扩大电流。这时总的工作电流等于各恒流管电流之和。开始恒流工作的电压即为并联恒流管US值最大者，而击穿电压为各恒流管中UB值最小者，如图2所示，两只恒流管并联后的总阻抗ZH= ZH1//ZH2。可见恒流管并联后总的动态阻抗将降低。

如要求恒流源承受较高电压，则可将几只恒流管串联使用。例如，将两只恒流管串联，则开始恒流工作的电压US =US1+US2，而总的击穿电压UB=UB1+UB2。但必须注意，串联使用的各恒流管的恒定电流应尽量一致，才能在整个电压范围内得到平直的恒流特性。若恒定电流有差异，则恒流值小的管子将会工作于击穿状态。为避免击穿，可并联电阻或稳压管予以保护。

2、高精度恒流源

下图(a)是一种精度较高的恒流电路，且可把单管的恒定电流IH扩大成IOH其中：

IOH≈IC=(UZ-Ube)/RC(如β》1，IOH》IH)

其中UZ为稳压管的稳定电压，RC是射极电阻。

假定由于某种原因导致IOH增加，则IC也增加，射极电位UC，必然升高，但UZ几乎是固定的，于是Ube= UZ-Ue就要降低一些，Ib也随之减小，因此起到了抑制Ic、IOH增加而使IOH稳定的作用。该电路恒流的关键是要UZ不变，用了恒流管以后，因电源电压波动或负载变化而引起的的变动实际上将极其微小。

按照该电路所用元件参数，电压大于10V(即Us+UZ)时开始恒流，I0H = 200mA。电压在10~45V范围内变化时，ΔIOH =0.5mA。适当改变Rc，可调整IOH的大小。

图3(b)用一只晶体管取代了图(a)中的稳压管，使该电路带有反馈放大环节，从而能把输出电流的微小变化，经放大反馈而予以抑制，使电流更加稳定。比如，当电源电压或负载变动使输出电流IOH增加时，Ic1、Ic也增加，于是Ube2=URc=IcRe升高，因而Ib2、Ic2随之增加。但IH是固定的，所以Ib1要减小，最后导致Ic2、IOH减小而实现恒流。该电路的输出电流为

IOH≈Ube2/Re≈0.7V/Re(如β1、β2》1，IOH》IH时)

开始恒流工作的电压US≈US1+1.4V(US1为恒流管的起始电压，Ube1+ Ube≈1.4V)，较图(a)低许多。加于该电路的最高电压UB不能超过恒流管或晶体管的击穿电压。

按该电路所用元件参数，可得IOH=20mA，US<3V，UB>45V的恒流源。电压在3~45V范围内变化时，IOH仅变化0. 1mA.

3、高电压恒流源

需要较高电压的恒流源时，可用下图所示电路。电路(a)把恒流管串接在高反压晶体管的射极，要求辅助电源Eb>Us + 0.7V。当β》1时，该电路的输出电流IOH近似等于恒流管的恒定电流，但电路的击穿电压大大提高了。如使用高反压晶体管3DD102，则UB在500V以上。

图(b)是另一种输出功率大，耐压高的恒流电路。其中恒流管和T2、T3及Re组成的电路即图(b)电路，起恒流作用，要求辅助电源Eb> Us+2.1V (在此Us为恒流管的起始电压，2.1V是三只晶体管的Ube之和)。该电路按图中所选参数，其输出恒定电流IOH=20mA，起始电压小于3V，击穿电压高达500V。