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三极管恒流源电路

article 2024/12/28 13:15:12

在电子电路设计中，恒流源是一种非常重要的电路，它可以为负载提供稳定的电流，不受负载阻值变化的影响。

本文将详细解析由两个三极管构成的恒流源电路，探讨其工作原理、设计要点以及应用场景。

一、恒流源电路概述

恒流源电路的核心功能是提供恒定的电流输出，即使负载电阻发生变化，输出电流也能保持不变。这种电路在LED照明、电池充电、电化学分析等领域有着广泛的应用。

二、三极管基础

三极管是电子电路中常用的放大和开关元件，它由两个PN结构成，具有三个引脚：发射极（Emitter）、基极（Base）和集电极（Collector）。

三、两个三极管恒流源电路工作原理

3.1 电路组成

典型的两个三极管恒流源电路两个NPN型三极管组成。

3.2 工作原理

当电压源是0V时，三极管Q1和Q2不导通，发光二极管D1不亮。

当电压源是3.3V时，三极管Q1和Q2会导通，发光二极管D1亮。

导通的Q1和Q2是处于放大区的。

假设Q2处于饱和区时，Q1的基极被拉低，Q1不导通，即Q2也不导通。

假设Q1处于饱和区时，电压源是5V，D1导通电压2V，即R2上的电压达到3V，那Q2就会把Q1的基极拉低，Q1也就不导通。

恒流原理：

1、当发光二极管D1的电流增大时，流过R2的电流也会增大，则Q2的基极电压增大，就会拉低Q2的Vce电压，即Q1的基极电压减小，R2的电流也就减小，起到负反馈作用，直到电路平衡为止。

2、当发光二极管D1的电流减小时，流过R2的电流也会减小，则Q2的基极电压减小，则Q2的Vce电压增大，即Q1的基极电压增大，R2的电流也就增大，即发光二极管D1电流增大.直到电路平衡为止。

则流过负载D1的电流，既不会增大也不会减小，是一个恒定值。该恒定电流值等于Q2的基极电压处于R2，即0.7/51=13.7mA。

四、LTSPICE电路仿真

两个三极管搭建的恒流源电路如下图所示，

电压源V1为5V；

电压源V2为3.3V（模拟IO口控制）；

三极管Q1和Q2都为NPN；

发光二极管作为负载·；

负载发光二极管D1，仿真的电流值是14.28mA左右(上面计算是0.7V,而仿真电路的电压是0.73V,因此计算出的值会大些)

负载采用两个发光二极管D1和D2,仿真的电流也是14.28mA.

五、应用场景

两个三极管构成的恒流源电路因其简单、成本低廉和可靠性高，被广泛应用于以下场景：

1、LED恒流驱动

为LED提供稳定的电流，防止因电流波动导致的亮度变化和寿命缩短。

2、电池充电管理

3、在电池充电电路中，提供恒定的充电电流，保护电池免受过充和过放。

4、电化学分析

5、在电化学实验中，提供稳定的电流进行电解、电镀等操作。

六、结论

两个三极管构成的恒流源电路是一种高效、可靠的电流控制方案。通过合理的电路设计和元件选择，可以实现高精度的恒流输出，满足各种电子设备的需求。随着电子技术的不断发展，这种电路在新的应用领域中仍有很大的潜力等待挖掘。

——END——

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