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恒流源(恒流源电路设计)

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【任务】恒流源是一种能够向负载提供恒定电流的电源器件，即使在电源波动和负载变化时，也能保持输出电流恒定。广泛应用于LED驱动中(恒流驱动可以稳定LED的亮度，延

【任务】恒流源是一种能够向负载提供恒定电流的电源器件，即使在电源波动和负载变化时，也能保持输出电流恒定。广泛应用于LED驱动中(恒流驱动可以稳定LED的亮度，延长使用寿命)。用运算放大器设计了恒流源电路，恒流为5mA。

【思路】几乎可以肯定的说，设计恒流源的时候，一定要用三极管(这里我们不妨用8050)。恒流源的初步设想如下:

每日一计·基于运放的恒流源设计

图上的负载RL会有一定程度的变化，导致负载电流的波动(假设VCC相对稳定)。我们现在的目标是“固定”电阻RS上的电流，从而“锁定”负载RL上的电流(因为对于三极管，Ic≈Ie，当Ie不变时，Ic也不变)。下一个问题集中在如何使RS上的电流恒定。

我们最直接的想法是用电阻分压给RS单独供电，这样可以避免负载RL变化的影响，如下图所示:

每日一计·基于运放的恒流源设计

上图中，根据8050用作开关管时的特性，选择一个合适的R3就可以使三极管饱和导通。通过选择合适的R1、R2和RS，可以获得合适的分压和电流。但上述想法并不能满足设计要求，因为R1和R2之间的分压会受到后面电路的影响，分压无法保持恒定，所以RS上的电流也无法保持恒定。我们必须设法消除前后阶段之间的相互影响。

因此，必须在上述电路的前后级之间增加一定的电路，使R1和R2无损耗地供给RS，前后级互不影响。这立刻让人想到电压跟随器，于是我迫不及待的加入了一个基于运算放大器的跟随器，如下图所示:

每日一计·基于运放的恒流源设计

稍微分析一下上面的电路就可以看出，负载电流IL=Us/RS，它只取决于VCC、R1、R2、RS，而与负载RL无关。只要仔细选择VCC、R1、R2、RS的值，就可以获得5mA的恒流。

我们不会就此止步。设计的电路必须可靠实用。最好在运算放大器的输入和输出端连接电阻，以保证器件的安全性和工作稳定性:

每日一计·基于运放的恒流源设计

为了展示实际的设计，我使用了最近曝光的运算放大器LM3900(4~32V宽电压范围)。为了降低电路的复杂度，我把电路中的电源都做成15 V，为了方便计算，满足三极管的工作条件，让Us=1V，R5=1k。如下图所示:

每日一计·基于运放的恒流源设计

【计算】分压电路不要消耗太多电流，以免影响电源和后级的驱动能力。最好使分压支路的电流不超过1mA，所以:

R1+R2 = 15/[1 * 10 (-3)] = 15k。设R1=1k，就使我们=1mA*1k=1V，所以R2=15-1=14k。(功耗核算和封装选择非常简单，此处省略)

一般运算放大器要求同相端和反相端的输入在静态下要平衡，输入电流一般为微安(不妨设为1uA)，RS很小，所以R3 = R4 = US/[1 * 10 (-6)] = 1m。

要求I=5mA恒流，所以RS = US/I = 1/[5 * 10 (-3)] = 200ω。

此后对主要部件参数进行了计算，最终设计方案如下图所示:

每日一计·基于运放的恒流源设计

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