恒流源总结_恒流源简介
恒流源总结由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“恒流源简介”。
恒流源是电路中广泛使用的一个组件，这里我整理一下比较常见的恒流源的结构和特点。
恒流源分为流出(Current Source)和流入(Current Sink)两种形式。
最简单的恒流源，就是用一只恒流二极管。实际上，恒流二极管的应用是比较少的，除了因为恒流二极管的恒流特性并不是非常好之外，电流规格比较少，价格比较贵也是重要原因。
最常用的简易恒流源如 图(1)所示，用两只同型三极管，利用三极管相对稳定的be电压作为基准，电流数值为：I = Vbe/R1。这种恒流源优点是简单易行，而且电流的数值可以自由控制，也没有使用特殊的元件，有利于降低产品的成本。缺点是不同型号的管子，其be电压不是一个固定值，即使是相同型号，也有一定的个体差异。同时不同的工作电流下，这个电压也会有一定的波动。因此不适合精密的恒流需求。
为了能够精确输出电流，通常使用一个运放作为反馈，同时使用场效应管避免三极管的be电流导致的误差。典型的运放恒流源如图(2)所示，如果电流不需要特别精确，其中的场效应管也可以用三极管代替。电流计算公式为： I = Vin/R1
这个电路可以认为是恒流源的标准电路，除了足够的精度和可调性之外，使用的元件也都是很普遍的，易于搭建和调试。只不过其中的Vin还需要用户额外提供。
从以上两个电路可以看出，恒流源有个定式（寒，“定式”好像是围棋术语XD），就是利用一个电压基准，在电阻上形成固定电流。有了这个定式，恒流源的搭建就可以扩展到所有可以提供这个“电压基准”的器件上。
最简单的电压基准，就是稳压二极管，利用稳压二极管和一只三极管，可以搭建一个更简易的恒流源。如图(3)所示： 电流计算公式为：I =(Vd-Vbe)/R1
TL431是另外一个常用的电压基准，利用TL431搭建的恒流源如图(4)所示，其中的三极管替换为场效应管可以得到更好的精度。TL431组成流出源的电路，暂时我还没想到:)TL431的其他信息请参考《TL431的内部结构图》和《TL431的几种基本用法》 电流计算公式为：I = 2.5/R1
事实上，所有的三端稳压，都是很不错的电压源，而且三端稳压的精度已经很高，需要的维持电流也很小。利用三端稳压构成恒流源，也有非常好的性价比，如图(5)所示。
这种结构的恒流源，不适合太小的电流，因为这个时候，三端稳压自身的维持电流会导致较大的误差。
电流计算公式为：I = V/R1，其中V是三端稳压的稳压数值。
实际的电路中，有一些特殊的结构，也可以提供很好的恒流特性，最典型的就是一个很高的电压通过一个电阻在一个低压设备上形成电流，如图(6)，这个恒流源的精度，取决于高压的精确度和低压设备本身导致的电压波动。在一些开关电源电路中，这个结构用来给三极管提供偏置电流。电流计算公式为： I = Vin/R1
值得一提的是，以上这些恒流源并不都适合安培以上级别的恒流应用，因为电阻上面太大的电流会导致发热严重。
图(2)可以通过使用更小的电阻来降低这个热量，不过在单电源供电模式下，多数运放都不能有效检测和输出接近地或者Vcc的电压，因此必须使用特殊的器件才能达到要求。有个简单的办法是通过一个稳压器件（稳压管，或者TL431等）偏置电阻上面的电压，使得这个电压进入运放的检测范围。
恒流源的实质是利用器件对电流进行反馈，动态调节设备的供电状态，从而使得电流趋于恒定。只要能够得到电流，就可以有效形成反馈，从而建立恒流源。能够进行电流反馈的器件，还有电流互感器，或者利用霍尔元件对电流回路上某些器件的磁场进行反馈，也可以利用回路上的发光器件（例如光电耦合器，发光管等）进行反馈。这些方式都能够构成有效的恒流源，而且更适合大电流等特殊场合，不过因为这些实现形式的电路都比较复杂，这里就不一一介绍了。
最后说明一下（不说明一下我不放心:P），因为本人并非专业的电路设计人员，只是因为业余爱好才研究这些知识，如果我提供的内容有不准确和错误的地方，还请大家多多指正
1.缘起
恆流源(Constant Current Source/Sink, CCS)自真空管时代就是一个非常重要的工具.但是, 恆流源在扩大机的电路中并不太常见.这实在是音响玩家的一大损失。
您如果手边有 Valley, Wallman 的书, 您可以翻阅一下.书中所有的结果都有严密的理论根据, 实验验证。真空管扩大机设计原理也远远超过 “负载线” 的应用，Valley, Wallman 在他们 Vacuum Tube Amplifiers 一书的第十一章中, 明确的指出恆流源的优点以及应用的要点。如果 Valley 与 Wallman 说恆流源非常重要, 小弟绝对不怀疑, 一定是很重要!对了, 您有没有听过 “串叠”(cascode)这个东西? 串叠也是 Wallman 先生的大作!
这篇文章是要介绍电晶体恆流源.希望藉由这篇文章开启恆流源一系列的应用: 阴极随耦器(cathode followers), 共阴极放大器(common cathode amplifiers), … 将来谈这些东西的时候, 有了恆流源的概念也比较能更深入的探讨。
图说：如果您以为真空管电路比较简单、晶体电路比较复杂，那就错了！事实上，许多复杂的晶体架构，如电流镜、串叠Cascode等，都是在真空管时代就已经存在的设计，当年为了发展通讯、雷达侦测技术，科学家已经在真空管上挤出无穷的潜能，而要贯彻真空管的威力，除了可以从晶体电路切入学习，也需要学习者更充分的阅读。
在写这篇文章之前, 我一直想找个时间学学电晶体电路，于是花了整整一个星期的苦读, 终于对电晶体电路有了一个非常粗略的认识......在此与各位网友一同分享。
2.电晶体的简化 Ebers-Moll 模型
如果您把电晶体分开来看, 您可以把他们想成有两个二极体:
我们可以把一个 NPN 电晶体看成一个三端的被动元件, 而且工作时有下面几个性质:
1.集极(collector)的电位, Vc, 远高于射极(emitter)电位, Ve。
2.基极-射极(base-emitter), 基极-集极(base-collector)的行为 “基本上” 是两个二极体。3.每个电晶体有最大容许集极电流, Ic 基极电流, Ib CE 压差, Vce。4.Ic 基本上” 与 Ib成正比:
以上的性质称为电晶体的简化 Ebers-Moll 模型(Simplified Ebers-Moll model, SEM model)。
在开始使用电晶体建构恆流源之前, 需要仔细讨论一下 SEM模型:
● Ic 与 Ib都流经射极, 但是 Ic远大于 Ib。
● Ib 是因为基极电位高于射极电位 0.6 伏特, BE 二极体处于导通状态。
● Ic不是因为 BC二极体处于导通状态, 千万不要认为 Ic的形成是因为 BC半导体处于导通状态.把 Ic当成是电晶体的本性, 当 BE 导通时, 除了 Ib 以外, 另有一股电流自集极流向射极。● 特性4 告诉我们: 小电流 Ib可以控制大电流 Ic.更准确的说法是: 基极-射极的电位差, Vbe 控制电流 Ic, 而且基极-射极之间有内在电阻.如果使用这种 “Vbe控制电流 Ic” 的看法, 这个电晶体模型称为 Ebers-Moll 模型(Ebers-Moll model, EM model).Ic与 Vbe的关系称为 Ebers-Moll 方程式(Ebers-Moll equation)。
● Ic 并不会因为集极电位, Vc改变而剧烈变化.您可以想成是 BC 间的二极体是处于逆向偏压的状态。
● 特性 2 告诉我们: 对 NPN 电晶体来说, Vb 大约是Ve + 0.6伏特 对 PNP 电晶体来说, 则是 Ve大约是Vb + 0.6伏特.所以, 如果您在 BE 两端加上 0.6 到 0.8 伏特以上的电压时, 会有巨大电流由基极流向射极, 呈现短路的现象。
3.电晶体恆流源
现在让我们来看如何利用 NPN 电晶体来构造一个恆流源, 用来吸收稳定的电流:
如果在基极上加上电压 Vb > 0.6 V, BE 将会导通.而且 Ve = Vb – 0.6 V。
所以流经射极电阻 RE, 的电流:
您可以看到: Ic 只与 Vb, RE有关.不论 Vc是什么, Ic都不会改变!所以只要 Vb, RE不变 就会有一定的电流流经负载。
4.电晶体射极偏压
上一节的基极电压, Vb 称为这个电晶体在工作时的偏压(bias).在实做时, 要如何供应偏压呢? 最简单的办法是: 范例 1:
从左边看起: 基极偏压。
再来看另一个例子。
范例 2.范例 3.这个例子有一点不同: 利用 PNP 电晶体供应电流给负载电路.首先, 利用二极体 0.6 V 的压降, 提供 8.2 V 基极偏压(10 – 3 x 0.6 = 8.2).4.7 K 电阻只是用来形成通路, 而且不希望(也不会)有很多电流流经这个电阻。PNP晶体的晶体恆流源应用注意事项
如果只用一个电晶体不能满足需求, 可以用两个电晶体架成:
或是
也可以是
请您注意: 恆流源是一个二端子的零件.市面上也有 “稳流二极体”(current regulating diode, CRD)供小电流应用.大电流应用时, 可以用 IC 稳压器串联电阻, 或是使用 MOSFET 的方法。
参考资料: 1.Hill, Horowitz: The Art of Electronics, 2nd edition.图说：电路分析初看很乏味，但融会贯通之后，却能处处发现乐趣！这是HV后级驱动稳压的一部份（完整电路请至首页下载），您找一找，恆流源在哪里？这个恆流源，他的目的又在何处？
