目錄

1、單極性恒流源電路設計

2、雙極性恒流源電路設計

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1、單極性恒流源電路設計

得到穩定的電流輸出是極其簡單的事情，最簡單的方法就是使用電流鏡：兩個完全相同的晶體管（采用同一塊芯片制造，從而工藝、尺寸和溫度都完全一致），如圖1所示相連。

兩個器件的基極-射極電壓相同，因此流入集電極T2的輸出電流等于流入集電極T1的輸入電流。

此分析假設T1和T2相同且等溫，并且它們的電流增益極高，以至于可忽略基極電流。它還會忽略早期電壓，使集電極電流隨集電極電壓變化而改變。

可采用NPN或PNP晶體管組成這些電流鏡。將n個晶體管并聯組成T2，則輸出電流為輸入電流的n倍，如圖2a所示。若T1由m個晶體管組成，T2由n個晶體管組成，則輸出電流將是輸入電流的n/m倍，如圖2b所示。

若早期電壓影響很大，則可使用略為復雜的威爾遜電流鏡降至最低。3晶體管和4晶體管版本如圖3所示。4晶體管版本更為精確，且具有更寬的動態范圍。

需要跨導放大器(voltage_in/current_out)時，可使用一個單電源運算放大器、一個BJT或FET(MOSFET通常是最佳選擇，因為它不存在基極電流誤差)以及一個定義跨導值的精密電阻來組成，如圖4所示。

該電路簡單、價格不高。MOSFET柵極上的電壓可設置MOSFET中的電流和R1，使R1上的電壓V1等于輸入電壓VIN。

若單芯片IC中需要用到電流鏡，則最好使用簡單的晶體管電流鏡。然而，若采用分立式電路，其匹配電阻高昂的價格(價格高是因為需求量有限，而非制造困難)將使圖5中的運算放大器電流鏡成為最便宜的技術。 該電流鏡由跨導放大器和一個額外的電阻組成。

電流鏡具有相對較高、有時非線性的輸入阻抗，因此它們必須由高阻抗電流源(有時亦稱為剛性電流源)提供電流。若輸入電流必須具有低阻抗吸電流能力，則需使用運算放大器。圖6所示為兩個低ZIN電流鏡。

采用基本電流鏡和電流源，則輸入和輸出電流極性相同。通常，輸出晶體管的射極/源極直接或通過檢測電阻接地，且輸出電流從集電極/漏極流入負載，其他端子連接直流電源。這樣做并非總是很方便，尤其當負載的一個端子需接地時。如圖7所示，若電路采用其直流電源的射極/源極來構建，則不存在此問題。

若電流或電壓輸入參考地，則必須使用電平轉換。有多個電路可以實現；而圖8中的系統在很多場合下都適用。這款簡單的電路采用接地電流源驅動直流電源上的電流鏡，從而驅動負載。注意，電流鏡可能有增益，因此信號電流不需要像負載電流那么高。

2、雙極性恒流源電路設計

目前為止，我們討論的電路都是單極性的：電流在一個方向上流動，但雙極性電流電路也是可行的。

最簡單、使用最廣泛的當數Howland電流泵，如圖9所示。

這款簡單的電路有很多問題：它對電阻匹配的精度要求極高，以獲得高輸出阻抗；輸入源阻抗會增加R1電阻，因此它的數值必須非常低以最大程度降低匹配誤差；電源電壓必須比最大輸出電壓高得多；并且運算放大器的CMRR性能必須相對良好。

現在，高性能儀表放大器售價不高，因此使用一個運算放大器、一個儀表放大器和一個電流檢測電阻組成雙極性電流源極為方便，如圖10所示。

這類電路比Howland電流泵要更為簡單，不依賴于電阻網絡(除了集成儀表放大器的那種)，且電壓擺幅在每個電源的500 mV以內。

目前為止，我們討論的電路都是具有精密電流輸出的放大器。當然，它們能夠與固定輸入一同使用，提供精密電流源，但構建一個更簡單的雙端電流源也是可行的。低電流基準電壓源ADR291具有10 μA左右的待機電流，典型溫度系數為20 nA/°C。如圖11所示，加入負載電阻后，則3 V至15 V電源范圍內的基準電流為(2.5/R + 0.01) mA，其中R為負載電阻，單位是kΩ。

若精度不是問題，且只要求剛性單極性電流源，則可以采用耗盡型JFET和一個電阻組成電流源。如圖12所示，這種配置在溫度發生變化時并不十分穩定，且對于給定的R值，各器件的電流可能有相當大的差異，但該配置簡單而廉價。

最近，我需要為某些LED設計電源。有一些工程師朋友認為我在設計供LED進行調光的可變電流源時會遇到一些困難。

事實上，我只是簡單地改裝了筆記本電腦的“黑磚頭”電源(花幾美分從跳蚤市場買的)就搞定了。圖13顯示的是經過簡單修改的電源電路，可為LED提供恒定電流。采用小輸出電流，它可以固定輸出電壓正常工作。

為了得到可變的電流，將基準電壓：來自黑磚頭或本地，施加于P1和P2所代表的電位計。OPA2和MOSFET通過R1輸出小電流，在其上產生壓降。負載電流流過檢測電阻。若檢測電阻上的電壓由于負載電流超過R1上的壓降而有所下降，那么OPA1輸出將上升，覆蓋磚頭中的電壓控制，并限制其輸出電壓，防止輸出電流超過限值。

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學習來源：ADI官網

期刊下載：https://download.csdn.net/download/m0_38106923/19880026

總結

以上是生活随笔為你收集整理的如何设计恒流源输出电路？的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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