使用晶體管構(gòu)建和測(cè)試一個(gè)簡(jiǎn)單的恒流源電路

　　我們中許多使用過模擬電路的人經(jīng)常會(huì)在電路設(shè)計(jì)中遇到電壓源和電流源這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)。雖然任何提供恒定電壓的東西（如簡(jiǎn)單的 5V USB 輸出或 12V 適配器）都可以被視為電壓源，但術(shù)語(yǔ)電流源似乎始終是個(gè)謎。許多電路，尤其是涉及運(yùn)算放大器或開關(guān)電路的電路，都需要您使用恒流源才能使設(shè)計(jì)工作。那么電流源是什么意思呢？它將如何工作以及為什么需要它？

　　在本教程中，我們將找到這些問題的答案，我們還將使用晶體管構(gòu)建和測(cè)試一個(gè)簡(jiǎn)單的恒流源電路。本教程中使用的電路能夠?yàn)槟呢?fù)載提供100mA 的恒定電流，但您可以根據(jù)您的設(shè)計(jì)要求使用電位器對(duì)其進(jìn)行修改。很有趣吧！所以讓我們開始吧。

　　什么是恒流 （CC） 源？

　　通常，當(dāng)電源單元驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)，可能有兩種可能的操作模式，一種是恒壓 （CV）操作模式，另一種是恒流 （CC） 模式操作。

　　在 CV 模式下，電源使輸出電壓恒定，并根據(jù)負(fù)載電阻的需要改變輸出電流。最好的例子是您的5V USB 端口，其中輸出電壓固定為 5V，但根據(jù)負(fù)載電流會(huì)有所不同。如果你連接一個(gè)小的 LED，它會(huì)消耗更少的電流，如果你連接一個(gè)更大的 LED，它會(huì)消耗更多的電流，但 LED 兩端的電壓將始終為 5V。

　　在 CC 模式下，理想的電流源電源使輸出電流恒定，并根據(jù)負(fù)載電阻的要求改變輸出電壓。一個(gè)例子是恒流模式下的 12V 電池充電器，其中充電電流將由電壓變化來固定。如果您的電池為 10.5V，如果您將其連接到 1A 12V 電池充電器，則充電器的輸出電流將始終為 1A，但輸出電壓將發(fā)生變化以保持該 1A 充電電流。所以這就是需要恒流電路的地方，其他例子可以是恒流 LED 驅(qū)動(dòng)電路，其中通過 LED 的電流必須是恒定的。

　　使用晶體管的簡(jiǎn)單 100mA 恒流源

　　在這個(gè)項(xiàng)目中，我們將只使用 4 個(gè)組件構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單的晶體管恒流源發(fā)生器。這是一個(gè)非常便宜的電路，可以使用 5V 電源提供100mA 恒流源。它還將有一個(gè)電位器來控制 1 到 100mA 范圍內(nèi)的電流輸出。即使負(fù)載電阻發(fā)生變化，它也會(huì)提供穩(wěn)定的電流。當(dāng)電路需要穩(wěn)定的電流供應(yīng)而沒有波動(dòng)時(shí)，這將很有幫助。之前我們還構(gòu)建了其他類型的電流源電路，稱為Howland 電流泵電路和電流鏡電路，有興趣的也可以看看?，F(xiàn)在，讓我們看看這個(gè)項(xiàng)目所需的材料。

　　所需材料：

　　TL431

　　BC547

　　2k 電阻 1%

　　10k可變電阻

　　22R 1%電阻

　　5V DC 適配器或 PSU 單元。

　　根據(jù)需要不同類型的負(fù)載電阻。

　　面包板和連接電線

　　萬用表進(jìn)行測(cè)試。

　　如上述 BOM 所述，該電路僅由兩個(gè)有源元件 TL431 和 BC547 組成。TL431 是一款使用 2.5V 電壓基準(zhǔn)的并聯(lián)穩(wěn)壓器。它支持 1-100mA 的陰極電流，用于分流相關(guān)操作。該組件的封裝與通用通孔晶體管相同。其他組件是無源組件。電阻器需要有 1% 的容差才能獲得準(zhǔn)確的輸出。

　　恒流源電路圖：

　　使用晶體管項(xiàng)目的恒流源電路圖如下所示。

　　上述電路完全連接在 5V 線路中。輸出負(fù)載需要連接在 Output 和 GND 連接之間。在上面的示意圖中，BC547 作為傳輸晶體管工作，更多內(nèi)容將在工作部分討論。

恒流電路的重要計(jì)算

上述電路的輸出電流取決于以下公式——可用于計(jì)算恒流源電路的輸出電流。

?

I out = V ref /R4 + I KA

?

對(duì)于這個(gè)電路，

?

我輸出 = 100 毫安(.100A)
V參考 = 2.5V
I KA = 1mA (.001A) [注：最小偏置電流]

?

所以，

?

I out = V ref /R4 + I KA
.100 = 2.5/R4 + .001
.100 - .001 = 2.5/R4
R4 = 2.5/.099
R4 = 25 歐姆（大約）

?

R4 可用的最低接近電阻值為 22 歐姆?，F(xiàn)在，可以使用相同的公式找到可變電阻器或電位器值。以前，最大可用電流 100mA 是通過 22 歐姆電阻實(shí)現(xiàn)的。這次電位器會(huì)將電流輸出降低到最低水平。

由于 TL431 所需的最小陰極電流為 1mA，因此最好假設(shè)最低電流為 2mA。因此，通過使用相同的公式，

?

I out = V ref /VR 1 + I KA 
.002 = 2.5/VR 1 + .001
.002 - .001 = 2.5/VR 1 
.001 = 2.5/VR 1 
VR 1 = 2.5K

?

因此，可用的最低接近值 2.2k 電位器可用于電流控制。最后的計(jì)算是使用以下公式計(jì)算偏置電阻R1 值。

?

R1 = V in /(I out /hFE + I KA )

?

對(duì)于這個(gè)電路，

?

輸出= 100mA (.100A )
V in = 5V
hFE = 100（最大值）
IKA = 1mA (.001A) [注：最小偏置電流]
R1 = V in /(I out /hFE + I KA )
R1 = 5/(.100/100 + .001)
R1 = 2.5 千歐

?

　　因此，可用的最低接近值 R1 可以是 2.2k。

　　恒流電路工作：

　　晶體管 BC547 用作由偏置電阻器 R1 和分流調(diào)節(jié)器 TL431 控制的傳輸晶體管。晶體管基極實(shí)際上連接在分流器上。該分流器電路是使用偏置電阻器和分流穩(wěn)壓器制成的。TL431 通過檢測(cè)參考電壓并控制傳輸晶體管 BC547 來調(diào)節(jié)恒定電流。該電路構(gòu)建在面包板上，如下所示。

　　測(cè)試恒流源電路

　　電路板準(zhǔn)備好后，我使用 5V 直流電源為電路通電并開始對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。我在輸出端使用了不同的負(fù)載（不同的電阻值），并確保電流始終保持恒定。我用萬用表測(cè)量電路的輸出電流，它始終在 100mA 左右，如下圖所示

　　完整的測(cè)試視頻可以在本頁(yè)底部找到。如果您有任何問題，請(qǐng)將它們留在下面的評(píng)論部分或使用論壇進(jìn)行其他技術(shù)查詢。

　　恒流源電路的應(yīng)用

　　在 LED 照明系統(tǒng)中，LED 驅(qū)動(dòng)相關(guān)操作需要恒流源。與便攜式設(shè)備一樣，電池充電電路也使用恒流源。下面列出了使用恒流源的一小部分應(yīng)用

　　放大器系統(tǒng)。

　　太陽(yáng)能系統(tǒng)

　　電磁鐵

　　用于穩(wěn)定速度的電機(jī)系統(tǒng)。

　　霍爾效應(yīng)傳感器。

　　穩(wěn)壓器電路偏置齊納二極管。