<硬件设计>运放+三极管组成的恒流源VI电路设计与分析 |
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目录 01 原理介绍&描述 运放的虚短和虚断 02 恒流源描述&分析 简单恒流源电路 简单恒流源电路描述 恒流源电路分析 恒流源VI电路 恒流源VI电路描述 恒流源VI电路分析 恒流源应用场景 03 恒流源VI电路示例 示例原理图&描述 恒流原理分析 恒流原理 恒流调节过程 04 文章总结 大家好,这里是程序员杰克。一名平平无奇的嵌入式软件工程师。 最近,杰克又开始不务正业,继续学习起了硬件电路的设计。本篇推文主要内容包括:运放的虚短和虚断描述、简单恒流源电路分析。最后通过一个由三极管/mos管、运算放大器组成的恒流源VI电路示例来演示实际的设计过程。 下面正式进入本章推送的内容。 01 原理介绍&描述 运放的虚短和虚断当运放工作在线性放大区时,认为同相输入端和反相输入端短路。有:Vin+ = Vin-; 个人理解:放大器引脚IN+与IN-连接成一根导线 虚断当运放工作在线性放大区时,认为同相输入端、反相输入端都与运放断路,即没有电流流入运放。有Vin = Vin+,I+ = 0,I- = 0; 个人理解:放大器引脚IN+、IN-引脚与PCB的连线断开 02 恒流源描述&分析 简单恒流源电路 简单恒流源电路描述恒流源电路在硬件电路设计和工程领域中具有广泛的应用。那么什么是恒流源呢?恒流源的定义:“恒流源是一个可向负载提供恒定电流,即使负载阻抗发生变化时,也能保持输出恒定电流大小电路”。 恒流源电路分析恒流源简单电路如下所示: 利用电阻和运放,组成一个电压向电流转换(电压控制电流)的恒流源VI电路。该电路可以把输入的电压转换成对应的电流,常用于使用电压去控制负载电流的场合。 恒流源VI电路分析简单恒流源VI电路如下图所示: 恒流源电路在硬件电路设计和工程领域中具有广泛的应用。诸如LED激光等恒定电流驱动、电化学分析、精密测量等领域。 03 恒流源VI电路示例本小节通过一个运算放大器+三极管组成的恒流源VI电路示例,演示恒流源VI电路的设计过程。 示例原理图&描述示例原理图如下所示: 示例电路的原理为:当采样电阻R4的电压变化(瞬时负载电流变化)时,直接反馈到运放的反相输入端,它与同相输入端电压的差值被运放放大,输出控制三极管的基极电流,改变三极管的内阻,从而改变发射极与集电极间的电压降,从而使采样电阻的电压保持不变,以达到负载电流恒定的目的。 恒流调节过程电流计算 对于上述示例原理图,有如下计算推导过程: 1. 根据运放的虚断路,有: Vin+ = V_R2; V_R2 = Vin * R2/(R2 + R1); 2. 根据运放的虚短路, 有: Vin+ = Vin-; Vin- = I_R4 * R4; 3. 综合上述, 负载电流I_R4 = Vin * R2/[(R2 + R1) * R4]; 特别说明:根据基尔霍夫定律,流经R4的电流 = 负载电流 + 三极管基极电流;但因为基极电流比较小,此处并未计算进去; 04 文章总结在运放的世界中,虚短路和虚断路的分析方法尤其重要。只要熟练掌握虚短和虚断分析方法,运放、三极管组成的恒流源VI电路的设计和分析就会变得简单很多。 |
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