兩個(gè)三極管構(gòu)成的恒流源電路解析

大家好，我是蝸牛，今天跟大家分享一下由兩個(gè)三極管構(gòu)成的恒流源電路。

如下圖所示，是用兩個(gè)NPN三極管搭建的低成本恒流源電路，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。怎么做到恒流的呢？我們一起來(lái)分析一下。

圖1 恒流源電路

在該電路中，可以把D1或R2看作是負(fù)載，且互相串聯(lián)。忽略微小的基極電流，則流過(guò)他們的電流相等。

1、當(dāng)單片機(jī)輸出“0”（即0V）時(shí)：Q1、Q2都截止，燈D1不亮；

2、當(dāng)單片機(jī)輸出“1”（即3.3V）時(shí)，Q1和Q2處于什么狀態(tài)，放大還是飽和？燈D1的工作電流恒定是多少？

首先確認(rèn)一點(diǎn)，兩個(gè)三極管這樣的接法注定了它們只會(huì)工作在放大狀態(tài)，而不是開(kāi)關(guān)狀態(tài)。Q1飽和了，Q2還能有電流？Q2沒(méi)電流，Q1怎么有電流？所以Q1和Q2互相鉗制維持在一個(gè)平衡狀態(tài)。任何一個(gè)三極管的飽和都將使電路處于開(kāi)或關(guān)的狀態(tài)，是無(wú)法恒流的。

如果由于某種因素造成電路不穩(wěn)定，使得流過(guò)D1（及與之串聯(lián)的R2）的電流增大了，R2上的電壓就會(huì)增高，那么Q1的基極電位就會(huì)升高，從而使Q1的ce間等效電阻相應(yīng)減小。而Q1的ce間等效電阻控制著Q2基極電壓，它的減小無(wú)疑又會(huì)使Q2向截止方向靠近，從而又減小了流過(guò)R2的電流，這種作用會(huì)持續(xù)到電路平衡為止，即流過(guò)R2（近似等于D1中）的電流既不能大又不能小，而是一個(gè)恒定值，因而實(shí)現(xiàn)了恒流電源的功能。

圖2 由于某種因素導(dǎo)致D1電流增大，電路分析

如果電流減小了，分析方法同上，不贅述了。

圖3 由于某種因素導(dǎo)致D1電流減小，電路分析

最終平衡的結(jié)果就是R2上電壓等于Q1基極電壓，一般0.7V，所以恒流值為0.7V/R2，Ic即負(fù)載D1的電流約等于0.7V/R2。Q2的b極電位大于等于1.4V的電壓，此時(shí)Q2的b極到地的電壓為：VR2+VBE（Q2）。

當(dāng)單片機(jī)輸出高電平3.3V時(shí)，我們一起來(lái)仿真一下（后臺(tái)回復(fù)“恒流源電路”，可獲得仿真文件）

圖4 仿真電路

圖5 仿真電路電壓波形

如上圖，A通道是R2兩端電壓，B通道是Q2的基極電壓。

可以看出A通道R2兩端電壓一直被三極管Q1的be鉗位在0.649V，B通道穩(wěn)定在1.34V≈0.649V*2=1.3V。跟我們理論上得出的結(jié)論基本一致。

圖6 仿真電路電阻R2通過(guò)的電流波形

圖7 仿真電路電流探針參數(shù)設(shè)置

如上圖，是電阻R2通過(guò)的電流大小，由于電流探針設(shè)置的是1mV/mA，所以得出電流值為12.98mA。也可計(jì)算得出：0.7V/50=14mA，跟計(jì)算結(jié)果相差不大。

所以想要控制負(fù)載燈D1的亮度，只需要調(diào)整R2的阻值大小。