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兩種恒流電路的原理及應(yīng)用分析-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2021-07-23 

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兩種恒流電路的原理及應(yīng)用分析-KIA MOS管


恒流電路的原理及應(yīng)用

恒流電路在硬件電路設(shè)計中應(yīng)用十分廣泛,例如用于可變電阻的阻值檢測,LED恒流驅(qū)動等。


恒流電路分為電流源和電流井,顧名思義就是根據(jù)電流的流向不同劃分的,實質(zhì)上也可以認(rèn)為是根據(jù)恒流電路與負(fù)載的共電位關(guān)系劃分。


根據(jù)大家的習(xí)慣,電流井電路是比較容易分析的,但是因為電流井通常把采樣和限流電路放在靠近地的一側(cè),導(dǎo)致恒流電路與負(fù)載不能共地,從而限制了應(yīng)用范圍。


恒流電路的基本原理是將負(fù)載,調(diào)整電路,采樣電阻三個基本元件串聯(lián)在電壓源上,根據(jù)采樣電阻上的電壓或電流,改變調(diào)整電路的阻抗,從而改變整個串聯(lián)回路的電流,以實現(xiàn)恒流控制的目的。本文給出兩種簡單的電流源電流,并分析恒流產(chǎn)生的原理及應(yīng)用場景。


1. 基于三極管的恒流電路。


恒流電路 原理 應(yīng)用

三極管電流井電路


圖中Rload為負(fù)載,Rs為采樣電阻,三極管作為調(diào)整電路。三極管基極到GND之間串聯(lián)了兩個二極管,用于產(chǎn)生參考電壓。


假設(shè)二極管正向壓降為Vf,那么電流從VCC通過Rc流過兩個二極管,在三極管基極產(chǎn)生了2*Vf的電壓,由于三極管放大倍數(shù)較大,忽略通過三極管基極流向發(fā)射極的電流。


假設(shè)三極管基射結(jié)壓降與二極管正向壓降相等,也是Vf,那么三極管發(fā)射極電壓應(yīng)該是一倍的Vf,1倍的Vf作用在采樣電阻Rs上,產(chǎn)生的電流為Vf/Rs,該表達(dá)式即為三極管恒流電路的恒流表達(dá)式。


應(yīng)用時可以根據(jù)恒流值的需求設(shè)置Rs,即可得到相應(yīng)的恒定電流。當(dāng)然也可以通過將兩個二極管替換為一個反向的穩(wěn)壓二極管,同樣可以產(chǎn)生參考電壓。


考慮到大家都比較擅長分析NPN三極管電路,上圖首先使用NPN三極管實現(xiàn)電流井。但電流井電路與負(fù)載的連接關(guān)系是共VCC而不是共地,因此限制了該電路的應(yīng)用。


我們可以把同樣的連接方法應(yīng)用于PNP三極管,即可實現(xiàn)電流源恒流電路。


恒流電路 原理 應(yīng)用

三極管電流源電路


三極管電流源電路與負(fù)載共地,分析方法與電流井電路類似,都是使用三極管的電壓跟隨器接法,在發(fā)射極的采樣電阻上產(chǎn)生固定的參考電壓,從而實現(xiàn)恒流。


該系列電路利用二極管三極管的壓降非線性特性,通過電壓跟隨器的結(jié)構(gòu)向采樣電阻上施加參考電壓,從而產(chǎn)生恒定電流。


由于二極管的正向壓降與三極管的基射結(jié)壓降均不是理想的恒定壓降,壓降值存在一定的波動范圍,而且會受到溫度的影響,因此該方法實現(xiàn)的電流源精度較低,電流會根據(jù)負(fù)載及溫度的變化產(chǎn)生一定的波動。該電路通常應(yīng)用于LED或光耦的驅(qū)動。


2. 基于穩(wěn)壓芯片的恒流電路

下圖僅需要兩個器件即可實現(xiàn)電流源。


恒流電路 原理 應(yīng)用

基于穩(wěn)壓芯片的電流源電路


該電路搭建僅需要2個器件,算上負(fù)載正好是文章開頭提到的恒流電路三要素:調(diào)整電路,采樣電阻,負(fù)載。LM317是一個可變輸出的集成三端穩(wěn)壓器,配合一個電阻就可以實現(xiàn)恒流輸出。


該芯片反饋端口ADJ與輸出端口之間有1.25V基準(zhǔn)壓差,當(dāng)壓差不足時穩(wěn)壓芯片會提高輸出電壓,從而增大負(fù)載回路的電流,直到Rs上產(chǎn)生足夠的1.25V壓差為止。


也可以認(rèn)為穩(wěn)壓芯片將這個壓差施加到采樣電阻Rs上就可以得到一個恒定電流??紤]到ADJ端流入的電流較小,可以忽略不計,因此Rs上的電流與Rload的電流基本相等。


如果需要可調(diào)電流源,那么可以將Rs換成電位器,通過調(diào)節(jié)電位器的阻值就可以調(diào)節(jié)電流值。該電路的電流表達(dá)式為Vref/Rs,其中Vref=1.25V。如果使用其他可調(diào)穩(wěn)壓芯片,只需要將替代芯片的Vref替換到公式中即可。


LM317最大的封裝是TO-220在滿足散熱的條件下可以達(dá)到1.5A輸出電流,這個電流基本可以滿足大部分應(yīng)用需求。


最小封裝為TO-92,配合一個電阻就可以實現(xiàn)恒流,電路面積很小。這個電路可以用于照明LED的驅(qū)動,當(dāng)然穩(wěn)壓芯片的散熱是需要仔細(xì)處理的,畢竟線性穩(wěn)壓器是將多余的功率全部耗散在自己身上的。


LM317的輸出誤差典型值為0.5%,在滿足精度需求的前提下也可以用于產(chǎn)生參考電流源輸入到變電阻的傳感器元件中,例如旋鈕電位器,NTC熱敏電阻。


通常建議對與輸入?yún)?shù)呈現(xiàn)一次函數(shù)關(guān)系的電阻型傳感器應(yīng)用參考電流源,這樣得到而電壓就是與輸入?yún)?shù)呈現(xiàn)一次函數(shù),便于后續(xù)的采樣處理。



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