恒流源顧名思義,一定功率下,電流幾乎不變電壓可以變的電流源。一般常用在電機(jī)溫度采樣,即用PTC當(dāng)作恒流源的負(fù)載,由于電流不變,PTC的內(nèi)阻會隨著溫度的變化而變化,從而變化壓降得到對應(yīng)溫度的變化。還有用在LED等驅(qū)動電路,可以同時(shí)控制數(shù)個或以上個LED燈,而且它的亮度基本一樣。恒流源用途很多,就不一一舉例了。
上圖,用兩個三極管搭建的恒流源電路,RL是負(fù)載,接LED或PTC都可以。
當(dāng)Q1的b極電位大于等于0.7V的電壓,Q1會導(dǎo)通。這里就加大Q1的b極電壓, 當(dāng)Q1導(dǎo)通后,形成Ic、Ie、Ib電流會流過R1,當(dāng)R1兩端的壓降大于0.7V時(shí),三極管Q2就會導(dǎo)通,R1兩端壓降會被Q2的be鉗位在0.7V(Q1的b極電位大于等于1.4V的電壓),此時(shí)Q1的b極到地的電壓為:VR1+VBE(Q1),所以可以計(jì)算I/O口輸出的電壓:令Q1的基極Vb,得發(fā)射極Ve為Vb-0.7V,三極管的β=100,整理上面數(shù)據(jù)可得:(Vio-Vb)/R2*β=(Vb-0.7V)/R1+(Vio-Vb)/R2,Ie=Ibβ+Ib,Ib和Ie、Ic不是一個量級100倍以上的關(guān)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的基極Vb大于1.4V的電壓,R1兩端的壓降始終會維持在0.7V,Q1的Ie電流恒為0.7V/R1,Ic即負(fù)載RL的電流約等于0.7V/R1。
現(xiàn)在分析通過Q1和Q2怎么實(shí)現(xiàn)1mA恒流的,無論VCC和Vin怎么變化都可以實(shí)現(xiàn)恒流,實(shí)現(xiàn)寬電壓輸入:上圖所示這個電路中,單片機(jī)的的I/O口輸出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,
當(dāng)令Vb=1.4V時(shí),Vin=1.05*1.4-0.035=1.435V,以上三極管的Vbe壓降按照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,設(shè)計(jì)恒流源為1mA,根據(jù)VCC大于等于VRL+VCES1+VR1=100Ω*1mA+0.3V(Q1的飽和壓降)+700Ω*1mA=1.1V。
綜上所述,恒流必須要滿足VCC大于等于1.1V,Vin大于等于1.435V,這個恒流源恒成立。Q1的Ie=Ic+Ib,通過公式可以看出Ie的電流由Ic和Ib共同決定,即Ic提供不了1mA電流Ib會補(bǔ),正常Ic電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Ib,所以Q1實(shí)現(xiàn)了恒流。當(dāng)負(fù)載Ic突然變大時(shí),Ve的電位會升高,Q1的Vbe壓降會變小,Ib也會變小,Ic也會變小。當(dāng)負(fù)載Ic變小時(shí),Ve會變小,Vbe會變大,Ib會變大,Ic變大。這樣就實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)調(diào)節(jié)。當(dāng)Vin不斷變大時(shí),R1的壓降大于等于0.7V時(shí)Q2會導(dǎo)通,Ve會被Q2的BE壓降鉗位在0.7V,此時(shí)仍能保持Q1的Ie穩(wěn)定1mA輸出。