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三種恒流源電路原理分析

閱讀次數:168    2022-10-18 11:35:18

1.簡單恒流源

許多場合,由單個恒流管極管或幾個恒流管串聯、并聯后串入有關電路,即可方便地構成簡單的恒流源,既降低了電路對電壓變化的敏感性,又減少了電路的復雜性,可廣泛用于各種半導體器件和集成電路工作點的穩定。只要恒流管的端電壓在US和UB之間變化,就能保證電流恒定。下圖是單個恒流管構成的恒流電路,與恒流管串聯負載RL即可得到恒定電流。

圖1、單管恒流源:(a)電路、(b)伏安特性

若一只恒流管的工作電流不夠大,可用兩只或兩只以上的恒流管并聯來擴大電流。這時總的工作電流等于各恒流管電流之和。開始恒流工作的電壓即為并聯恒流管US值最大者,而擊穿電壓為各恒流管中UB值最小者,如圖2所示,兩只恒流管并聯后的總阻抗ZH= ZH1//ZH2??梢姾懔鞴懿⒙摵罂偟膭討B阻抗將降低。

圖2、并聯恒流管恒流源:(a)電路、(b)伏安特性

如要求恒流源承受較高電壓,則可將幾只恒流管串聯使用。例如,將兩只恒流管串聯,則開始恒流工作的電壓US =US1+US2,而總的擊穿電壓UB=UB1+UB2。但必須注意,串聯使用的各恒流管的恒定電流應盡量一致,才能在整個電壓范圍內得到平直的恒流特性。若恒定電流有差異,則恒流值小的管子將會工作于擊穿狀態。為避免擊穿,可并聯電阻或穩壓管予以保護。

2.高精度恒流源

下圖(a)是一種精度較高的恒流電路,且可把單管的恒定電流IH擴大成IOH其中:
IOH≈IC=(UZ-Ube)/RC(如β》1,IOH》IH)
其中UZ為穩壓管的穩定電壓,RC是射極電阻。
假定由于某種原因導致IOH增加,則IC也增加,射極電位UC,必然升高,但UZ幾乎是固定的,于是Ube= UZ-Ue就要降低一些,Ib也隨之減小,因此起到了抑制Ic、IOH增加而使IOH穩定的作用。該電路恒流的關鍵是要UZ不變,用了恒流管以后,因電源電壓波動或負載變化而引起的的變動實際上將極其微小。
按照該電路所用元件參數,電壓大于10V(即Us+UZ)時開始恒流,I0H = 200mA。電壓在10~45V范圍內變化時,ΔIOH =0.5mA。適當改變Rc,可調整IOH的大小。
圖3、兩種較高精度的恒流源:(a)采用穩壓管、(b)采用三極管
圖3(b)用一只晶體管取代了圖(a)中的穩壓管,使該電路帶有反饋放大環節,從而能把輸出電流的微小變化,經放大反饋而予以抑制,使電流更加穩定。比如,當電源電壓或負載變動使輸出電流IOH增加時,Ic1、Ic也增加,于是Ube2=URc=IcRe升高,因而Ib2、Ic2隨之增加。但IH是固定的,所以Ib1要減小,最后導致Ic2、IOH減小而實現恒流。該電路的輸出電流為
IOH≈Ube2/Re≈0.7V/Re(如β1、β2》1,IOH》IH時)
開始恒流工作的電壓US≈US1+1.4V(US1為恒流管的起始電壓,Ube1+ Ube≈1.4V),較圖(a)低許多。加于該電路的最高電壓UB不能超過恒流管或晶體管的擊穿電壓。
按該電路所用元件參數,可得IOH=20mA,US<3V,UB>45V的恒流源。電壓在3~45V范圍內變化時,IOH僅變化0. 1mA.
3.高電壓恒流源
需要較高電壓的恒流源時,可用下圖所示電路。電路(a)把恒流管串接在高反壓晶體管的射極,要求輔助電源Eb>Us + 0.7V。當β》1時,該電路的輸出電流IOH近似等于恒流管的恒定電流,但電路的擊穿電壓大大提高了。如使用高反壓晶體管3DD102,則UB在500V以上。
圖4、高電壓恒流源::(a)小電流、(b)大電流
圖(b)是另一種輸出功率大,耐壓高的恒流電路。其中恒流管和T2、T3及Re組成的電路即圖(b)電路,起恒流作用,要求輔助電源Eb> Us+2.1V (在此Us為恒流管的起始電壓,2.1V是三只晶體管的Ube之和)。該電路按圖中所選參數,其輸出恒定電流IOH=20mA,起始電壓小于3V,擊穿電壓高達500V。
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