运放中恒流源电路分析方法
LED驱动电源恒流方案大全
恒流方案大全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)/R1TL431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。
运放构成的恒流源电路方案
开发过项目的工程师都知道，在设计LED驱动的电路，为了达到稳定的显示效果，一般都需要设计一个恒流源电路。
恒流源电路，驱动LED，它的亮度就不会跟随电压的变化而变化了，亮度就始终维持在一个恒定的值了。
这是因为LED的亮度，只与流过它的电流有关。
OK，类似于这样的恒流源电路，工程师该如何去开发呢？当然，不同的工程师，有不同的方案，芯片哥要介绍的是一个简单且高效的电路，只需要一个运放和一个三极管，就能完成恒流源的功能电路。
恒流源电路这个电路是怎么实现恒流的功能呢？LM358是一个运算放大器，不过在这个电路中，它被当做比较器使用。
正相输入端，连接一个稳定的电压5V；负相输入端，连接的是R2电阻。
“比较器”的输出端，直接通过一个电阻R1驱动Q1三极管，三极管的发射极也连接着R2电阻，三极管的集电极是作为恒流源的输出，就是它能够输出一个稳定的电流。
我们知道，作为比较器，当正相输入端的电压大于负相输入端的电压，也就是VA > VB，比较器就会输出一个高电平；当正相输入端的电压小于负相输入端的电压，也就是VA < VB，比较器就会输出一个低电平。
因为VA是等于5V，是一个固定值，所以比较器输出的是高电平还是低电平，是取决于VB的电压。
由于R2电阻是连接比较器的负相输入端，因此VB的电压，它是等于R2电阻两端的电压。
R2电阻两端的电压，根据欧姆定律，它是等于流过R2电阻的电流乘以R2电阻的阻值。
也就是VB = VR2 = IR2 * R2感觉是不是有点绕？怎么那么多关系啊？别急，还没到重点呢？跟着芯片哥的节奏，我们再接着分析它的恒流原理运放构成的恒流电路对于三极管，它的特性是电流放大作用，比如放大100倍，将基极的小电流，放大100倍后，通过集电极输出。
也就是集电极的电流是要远远大于基极的电流，所以在这个放大倍数的基础上，工程师可以等效地看出，流过三极管的发射极电流是等于集电极电流的。
分析到这里，我们就不难发现，流过R2电阻的电流，它是等于流过三极管集电极电流的。
4~20ma恒流电路
4～20ma恒流输出电路分析1，电路概括一些传感器仪表电路，变送器电路中经常用到4～20ma可调恒流输出，本文将为您提供一个廉价简洁的方案，其中包括电路使用说明，电路灵活变通方法，电路计算分析等详细介绍。
2，电路说明电路分为三部分：A，输入部分：输入部分由0～2ma信号源经过R5形成一个“0～1V”的可变电压然后送入前级放大电路U1A，这个输入跟后级电路成线性关系，当输入变化时输出可实现“4～20ma”输出的变化。
输入电路形式可根据实际应用调整变化，只要能产生线性变化的直流电压即可送入前级放大电路，得出的结果是一样的，B，前级放大电路：LM358有两个运算放大器通道，我们用一个作为前级放大电路，前级放大电路由“R7，R9”组成的负反馈比例放大电路，其主要的作用是将“0～1V”的电压放大到“0～11V”，至于为什么要放大到这个电压我们后面再介绍，此处先埋下来。
C，恒流电路恒流电路是由LM358组成的另一个负反馈放大器，其主要作用是在“特定的阻抗”上面产生“特定的电压”，当阻抗和电压固定，那么电流即为恒定。
在固定电阻上面产生固定的电压这也是恒流源设计的核心，掌握了这一点就可以灵活设计各种恒流电路。
通常运算放大器的输出能力很小，所以电路中的三极管Q1起到扩流的作用。
3，电路计算分析A，图中输入为“0～2ma”，根据运算放大器虚断的分析R1上面不过电流，所以“0～2ma”电流全部经过R5到地，设置输入的“0～2ma”为电流i。
得出“0<=V1<=1V”，公式参考如下：V=Iin5*1RB，根据运算放大器虚短可得V2=V1，即“0V<=V2<=1V”，公式如下：V=2V1C ， 根据运算放大器虚断，V2处无电流流入运放，即R7和R9的电流值相同，得出V3的电压为“0V<=V3<=11V ”，公式如下：92*)97(392)97(31R V R R V R V R R V i +=Þ=+=将B 公式带入上式，求出V3与V1的关系： 1*1191*)97(3V R V R R V =+=将A 式带入上式，求出V3与Iin 的关系：5**111*113R Iin V V ==D ， 根据运算放大器虚断，所以V4无电流流入运算放大器，我们设置V7为已知变量，则可以求出V4的电压，公式如下：34*)42()37(4V R R R V V V ++-=E ， 根据运算放大器虚断，所以V5无电流流入运算放大器，我们设置V8为已知变量，则可以求出V5的电压，公式如下：12*)1211(85R R R V V +=F ， 根据运算放大器虚短，所以有V4=V5，我们将“D ，E ”的公式带进去，然后解一下方程，公式如下：3*02.07812*)1211(834*)42()37(54V V V R R R V V R R R V V V V =-Þ+=++-Þ= G ， 我们前面有讲到恒流源的核心就是有固定的电压在固定的电阻上面就可以产生恒定的电流，那么我们R8-R7的差值恒定，那么是不是可以认为R10上面的电压恒定呢，而这个阻值也是不变的，所以就得出来恒流了，下面我们将公式补全：10)78(R V V i -=我们将F 公式中V8-V7的值带入上式，得出来输出电流和V3的关系：3*002.010)3*02.0(V R V i ==我们将C 式带入上式，得出输出电流i 与Iin 的关系：Iin R Iin i *115**11*002.0==即输出电流的范围为“0ma<= I <=22ma ”.4， 电路分析图中电路是应用在输入“0～2ma ”，输出“4～20ma ”的电路中，输入部分“0～20ma ”是线性变化可调的，所以输出电流也是线性变化可调整的，所以应用在变送器或者仪表电路中最为合适。
大电流恒流源电路Monte Carlo分析
系统实现 了发动机点火工作 中需要 电流 ０ Ａ到 １Ａ连续可调 ， ５ 上升时间短 ， 可靠性高 、 稳定 性和 可控 性好 等特 点。
关键词
蒙特卡罗
恒流源
ＰＤ控制 ； Ｉ
中 图法分类号
Ｔ ７０３ Ｎ １．；
文献标 志码
Ａ
在 电路设 计 中 ， 际元 件 的参数 值 和标 称 之 间 实 总存 在着 随机 误差 ， 了解 和 掌 握各 个 元 件 参 数 值 对 电路 性 能 的影 响程 度 ， 电路 设 计 人 员 所 关 心 的 。 是 因此 在 电路 设 计 时 ， 考 虑 容 差 问题 ， 进 行 容 差 需 并
案 采用深 度 负反馈 原 理 ， 过 高速 运 放 实 现 ＰＤ控 通 Ｉ
制… ， 驱动 大 功 率 ＭＯ Ｆ Ｔ管 器 件 ， 而 获 得 最 低 ＳＥ 从
的 电流偏 差 和最好 的横 流稳定 输 出。
差 ， 算 电路 特 性 的容 差 ， 验 证 是 否 符 合 设 计 要 计 以 求 ； 是设 计 问 题 给 定 电路 特 性 指 标 的范 围 ， 出 二 求 所 用元 器件 及 电源等 的容 差 ， 证 设 计 方案 等 是 否 验 适 宜 。但容 差设计 问题 没 有惟 一解 ， 以在 电路 模 所
⑥
２ １ Ｓ Ｔ ｃ ｎｎ￣ ０ ０ ｃ ｅｋＥ ｇｇ
通 信 技 术
大 电流恒 流源 电路 ｎｅＣ ｒ Ｍｏ ｔ ａｌ 析 ｏ分
张 晓辉 陈 绍 炜 史新建 邢 爽
（ 西北工业 大学电子信息学 院，西安 ７ ０ ２ 成都 理工大学工程技术学院 ， １１９； 乐山 ６４ ０ ） １０ ７
’ 通信作者简介 ： 陈绍炜（ ９Ｏ ）男 ， １７ 一 ， 副教授 ， 研究方 向： 系统工程
(电源技术)恒流源
概述
恒流源是能够向负载提供恒定电流的电 源 ,因此恒流源的应用范围非常广泛 ,并且 在许多情况下是必不可少的。例如在用通 常的充电器对蓄电池充电时 ,随着蓄电池端 电压的逐渐升高, 充电电流就会相应减少。 为了保证恒流充电 ,必须随时提高充电器的 输出电压,但采用恒流源充电后就可以不必 调整其输出电压 ,从而使劳动强度降低 ,生 产效率得到了提高。恒流源还被广泛用于 测量电路中 ,例如电阻器阻值的测量和分级, 电缆电阻的测量等 ,且电流越稳定,测量就 越准确。
恒流源电路
微电流恒流源电路
为了尽可能降低放大电路的功耗、提高对电源电 压及温度变化的稳定性，在集成电路中常采用微电流 恒流源电路作为放大电路的直流偏置电路。
+UCC
结构特点：
（1）电阻Re引入电流负反馈，使输出电流 R IR
IO
进一步稳定。
IC1
（2）由于UBE2<UBE1，所以IO<IR。
T1
从三极管特性曲线可见，工作区内的IC受 IB影响，而VCE对IC的影响很微。 因此，只要IB值固定，IC亦都可以固定。 输出电流IO即是流经负载的IC。
三极管射极偏压构成恒流源
从左边看起:基极偏压
VE = VB - 0.6 = 1.0V
又因为射极电阻是1K,流经射极电阻的电流是
所以流经负载的电流就就是稳定的1mA
恒流源分为流出(Current Source)和流入(Current Sink)两种形式。
恒流源是输出电流保持不变的电流源，而理想的 恒流源为： a)不因负载(输出电压)变化而改变。 b)不因环境温度变化而改变。 c)内阻为无限大。
理想恒流源
实际恒流源
理想的恒流源，其内阻为无限大，使其电流可以全部流出 外面。实际的恒流源皆有内阻R。
三极管和运放构成的几种恒流源电路分析
三极管和运放构成的几种恒流源电路分析管和运放构成的几种恒流源电路分析：这几种电路都可以在负载电阻RL上获得恒流输出第一种由于RL浮地,一般很少用第二种RL是虚地,也不大使用第三种虽然RL浮地,但是RL一端接正电源端,比较常用第四种是正反馈平衡式,是由于负载RL接地而受到人们的喜爱第五种和第四种原理相同,只是扩大了电流的输出能力,人们在使用中常常把电阻R2取的比负载RL大的多,而省略了跟随器运放第五种是本人想的电路,也是对地负载后边两种是恒流源电路对比几种V/I电路,凡是没有三极管只类的单向器件,都可以实现交流恒流,加了三极管之后就只能做单向直流恒流了第四和第五是建立在正负反馈平衡的基础上的,如果由于电阻的误差而失去平衡,会影响恒流输出特性,也就是说,输出电流会随负载变化而其他几种电阻的误差只会影响输出电流的值,而不会影响输出特性如果输出电流大,或者嫌三极管的集电极电流和发射极电流不相等,可以把三极管换成MOSFET三极管在电路中的功能有;1.电流放大。
2，电压放大。
3，功率放大。
4，混频。
5，检波。
6，开关电路。
7，门电路。
8，隔离电路。
9，阻抗转换。
三极管的几种特殊应用半导体三极管除了构成放大器和作开关元件使用外，还能够做成一些可独立使用的两端或三端器件。
1.? 扩流。
??? 把一只小功率可控硅和一只大功率三极管组合，就可得到一只大功率可控硅，其最大输出电流由大功率三极管的特性决定，见附图1。
图2为电容容量扩大电路。
利用三极管的电流放大作用，将电容容量扩大若干倍。
这种等效电容和一般电容器一样，可浮置工作，适用于在长延时电路中作定时电容。
用稳压二极管构成的稳压电路虽具有简单、元件少、制作经济方便的优点，但由于稳压二极管稳定电流一般只有数十毫安，因而决定了它只能用在负载电流不太大的场合。
图3可使原稳压二极管的稳定电流及动态电阻范围得到较大的扩展，稳定性能可得到较大的改善。
2.??代换。
??? 图4中的两只三极管串联可直接代换调光台灯中的双向触发二极管；图5中的三极管可代用8V左右的稳压管。
运放恒压源恒流源电路
图1-36是用运放构成的可控双向恒流源电路。
电路中，运放A1接成同相输入放大器，它的闭环增益很低，以得到深度负反馈，运放A2接成电压跟随器，它把输出电压Vsc传到A1的同相输入端，在这里与输入信号电压Vsr相加。
由于A2做同相输入放大器，其输入阻抗很高，输入偏置电流可忽略，流过R0的电流基本上就是输出电流Isc。
由此可见，Isc的极性取决于信号电压Vsc的极性，其大小可由Vsr和R0调节。
它是由于测量晶体管的β值和二极管的反向击穿电压时，需要的电流大小及方向都可控的恒流源电路。
图1-37是采用三个运放构成的可调电流源电路，输出电流可以保持在适当的精度范围内。
电路使用的有源防窥来使R1两端压降等于输入端所加的基准电压Vref，因此输出电流等于Vref/R1.为使R1两端电压保持恒定，由差分放大器A2通过射随器A3监测R1两端电压，此蒂娜呀经A2的输出加到比较器A1的反相输入端，由A1将它与基准电压Vref进行比较，使A1的输出电压增加或减小，直至达到平衡为止，于是Vr1=Vref。
射随器A3具有很高的输入阻抗，不会给流过R1的电流带来附加的负载电流。
由于控制环路的延时较长，故用C1对A3进行频率补偿，只要满足R2=R3=R4=R5，就会获得很好的性能。
若要改变输出电流，可将R1换成总阻值与之相近的串联固定电阻与可变电阻，调节可变电阻即可改变输出电流。
图1-38是采用运放构成的提供精密基准电压的电路。
电路中，R1、R2、R3、VDw接成桥路，运放A1的两输入端接在一对对角线上。
在电桥平衡时，R2上的电压Vr2等于稳压管VDw 的5.6V稳定电压，因A1的输入阻抗很高，所以，R2上的电流绝大部分流向R3，即为5.6V，所以输出端恶意提供11.2V的基准电压Vsc。
若Vsc变动，A1可迅速将其调整。
假设Vsc升高，则Vr2可升高同样的幅度，而Vr因R2、R3的分压，升高的幅度较小，所以Vr2>Vr3，Vsc回降。
集成运算放大器(压控电流源)运用电路及详细解析
8.2 模拟运算电路
8.2.1 比例运算电路
1、反相输入比例运算电路
根据运放工作在线性区的两条
分析依据可知：i1 if ， u u 0
而
i1
ui u R1
ui R1
if
u uo RF
uo RF
u1 u1 ui1
u2 u2 ui2
u i1
ui2
u1
u2
R1
R1 2R2
(u o1
uo2 )
故：
u o1
u o2
1
2R2 R1
(ui1
ui2 )
第二级是由运放 A3 构成的差动放大电路，其输出电压为：
uo
R4 R3
(uo2
xi
+
xd 基本放大电路A
xo
－ xf
反馈网络F
负反馈放大电路的原理框图
xd xi x f xo Axd x f Fxo
若xi、xf和xd三者同相，则xd> xi ，即反馈信号起了削弱净 输入信号的作用，引入的是负反馈。
反馈放大电路的放大倍数为：
Af
xo xi
xo xd x f
R3
Δ
∞
－ +
+
uo
u o u i2 u i1
由此可见，输出电压与两个输入电压 之 差成正比，实现了减法运算。该电路又称 为 差动输入运算电路或差动放大电路。
例：求图示电路中uo与ui1、ui2的关系。
R
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运放电路中的恒流源电路分析方法
普通镜像恒流源、多集电极恒流源、高精度镜像恒流源、高内阻恒流源和镜像微恒流源电路，以及恒流源电路输出电阻的计算等。
分析恒流源电路的方法是：
（1）确定恒流源电路中的基准晶体管或场效应管；
（2）计算或确定基准电流；
&nbbsp; （4）绘制恒流部分的交流通路，确定恒流源的内阻。
由于恒流源的内阻较大，计算恒流源内阻时不能忽略三极管集电极与发射极之间，或场效应管漏极与源极之间的动态电阻。
1、基本镜像恒流源分析
已知基本镜像恒流源电路如图1所示，试计算输出电流的大小和恒流源内阻。
图1
晶体管是基准管，且，工作在放大状态。
当与特性参数完全一致时，由可推得
由基准输入回路得，
所以，
当时，。
恒流输出管的交流通路如图1(b)所示，将晶体管用微变等效模型替代后的电路模型
如图1(c)，显然，恒流源的内阻。
必须注意，应用管的恒流特性时，必须满足，保证始终工作在放大状态。
基本镜像恒流源电路的扩展电路有两种，如图2所示。
图2
图2(b)的管采用多集电极晶体管（图2(a)已将其分散画），以基准管的集电极面积为基准，可得到一组与集电极面积成正比的多个恒流源。
图2(c)中增加管可以进一步减少恒流输出与基准电流之间的近似程度，此时，
所以，
当时，基本镜像恒流值，增加管后，更接近。
2．高内阻（Wilson）恒流源
图3是Wilson恒流源电路，试计算恒流输出值。
图3
管是基准管，，工作在放大状态。
当、、均工作在放大状态时，各电流之间关系为：
整理后可得：
按二极管形式连接的管是管发射极的等效电阻，Wilson恒流源的内阻要大于。
3．微恒流源（Widlar）电路
图4是Widlar微恒流源电路，试计算输出恒流值。
图4
晶体管是基准管，且，工作在放大状态，。
管发射极电流与发射极电压之间的关系为：
所以，
（1）
同理，当工作在放大状态时，
（2）
由基极回路方程得：
（3）
将式（1）和式（2）代入式（3），同时考虑，得：
（4）
例，当电源电压等于+15V，，若要产生的恒流源，试确定电阻R1的值。
将参数代入式（4）可得R1 = 12K。
若不采用微电源源电路，采用基本恒流源电路，虽然只需要一个电阻R，但此时电阻阻值要求为：
此阻值远大于微电源电路中电阻R与R1之和，意味着需要占用更多的芯片面积。