两种常用压控电流源设计

zhang062061 · 发表于 2021-1-28 15:56:05

电流源是一种非常常用的电路，如工业中4-20mA输出，LED恒流驱动，以及一些传感器可能也需要恒流驱动等。
本篇文章介绍两种常见的压控电流源电路的设计。废话不多说，直接看图：
电路很简单，运放+晶体管组成。P1为负载，根据运放虚短虚断的原理，负载电流I=VIN/R3。因此通过控制VIN的电压即可控制负载电流的大小。
其中R2和C2的作用是在输入电压和负载瞬间变化时保证电路的稳定，可以理解为一个滤波电路。R2应比R3大很多，但也不适宜太大（太大的话运放的偏置电流将会产生较大的偏置电压）。RC参数也会影响电路的动态响应速度，因此也不适宜太大。当然把R2短路，C2直接去掉，电路也是可以正常工作的。
因为三极管的发射极电流不完全等于集电极电流，所以负载电流会有一定的误差。电路中Q1也可以换成NMOS管。但是MOS管是电压型器件，需要注意的是当R3上的电压较大时，运放的供电电压要足够大，以保证MOS管能正常开启。
另外需要注意的是散热问题。以上述电路为例，假设VCC为12V，负载电阻为2Ω，当电流为0.5A时，负载和R3上的压降为1.25V，则三极管上的功率为（12-1.25）*0.5=5.375W。需要加一个比较大的散热片才行。
运放的选择应尽量选择低偏置电压和轨至轨输出的运放，以减小误差，以及满足小电流输出的要求。
上述电路存在一个问题就是负载不共地，在某些场景可能不适用。下面介绍另外一种负载共地的压控电流源：
在原来的基础上又增加了一级电路，后一级的MOS管为PMOS。原理也很简单。推到一下：
VIN=V1，
I2=I1=VIN/R7，
V2=VCC-I2*R4=VCC-VIN*R4/R7,
V3=V2，
Io=I3=(VCC-V3)/R1= VIN*R4/(R1*R7)。
以上图为例，1V输入电压对应100mA输出电流。
电路设计时的注意事项与第一种类似，不再赘述。

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