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恒流源原理

发布时间:2013-05-13

恒流源的简介

 恒流源原理图
恒流源原理图
 
恒流源相当于一个高压稳压电源与一个高阻值电阻的串联,其特点是外部阻抗的变化对其输出电流的影响极小(因为其内部的“高阻值”可能高出外部阻抗几个数量级,外部阻抗变化对整个串联阻值的影响极小)。如果真的需要制作一个,也就是这样处理的。大多数情况下,“恒流源”只是一个用于电路分析的的概念,不需要实物的。

恒流源原理

恒流亦可叫稳流,意思相近,一般可以不加区别。与恒压的概念相比,恒流的概念就难于理解一些了,因为日常生活中恒压源是多见的,蓄电池、干电池是直流恒压 电源,而 220V 交流电,则可认为是一种交流恒压电源,因为它们的输出电压是基本不变的,是不随输出电流的大小而大幅变化的。

首先举例说明:一个恒定电流值调至 1A 的,最高输出电压可达 100V 的一个恒流电源,当你打开这个恒流源的电源开关时,你会看到电源的电压表和电流表显示什么数值呢?可以肯定的说:输出电压为 100V ,输出电流为 0A 。有人曾经这样问,你不是 100V 1A 的恒流源吗?怎么输出不是 100V 1A 呢?这里仍然要用欧姆定律来解释,理论上可以这样来计算,电源的输出电压 U=IR ,式中 U 为输出电压, I 为输出电流, R 为负载电阻。

恒流源原理图
恒流源原理图
 
以下分 5 种情况来说明:

如果电源为空载, R 可以用无穷大来表示, U=I* ∞,由于电源能输 1A 的电流,如果电源电流为 1A ,那么 U=1A* ∞ = ∞,而电源电压最多只能输出 100V ,无疑电源只能输出其最大电压 100V ,由于电源不能输出无穷大的电压,因而电流只能是很小很小的值,即电流输出为 0A ,即 I=U/R=100V/ ∞ =0A 。

如果负载电阻 R=200 欧,那么又因电源只能输出 100V ,因此电流只能为 0.5A ,即 I=U/R=100V/200R=0.5A

如果负载电阻 R=100 欧,由于电源能输出 100V ,就使得电流能达到 1A ,即 I=U/R=100V/100R=1A 此时输出电流正好达到电源的恒流值。

如果负载电阻继续减小,改为 50 欧,如果根据公式 I=U/R=100V/50R=2A. 但这里的关键是我们的电源是个恒流值为 1A 的电源,因此此时的输出电流只能被强迫限制在 1A 而不能为 2A 因而输出电压只能被迫降到 50V 而不能为 100V 。这里仍然要符合欧姆定律,即U=IR=1A*50R=50V

如果负载电阻变为 0 欧(即短路),那么由于输出电流只能为 1A ,输出电压就只能为 0V ,即U=I*R=1A*0R=0V

从以上 5 个例子可以看出,如果负载电阻太大,使电源输出电流不能达到恒流值,那么恒流源的输出电压就会自动升到电源的最大输出电压,只有当负载电阻小到一定的程 度,使电源输出电流达到恒流值,电源才真正处于恒流工作状态,随着负载电阻值的逐步减小,输出电压也按规律下降,以保持输出电流的恒定不变。这就是恒流的 概念。

总之,实际上无论是恒压电源,还是恒流电源,它们本质上都是一致的,它们的输出都是电压和电流,两个量中,电源只能控制其中的一个量,要么稳住电压,要 么稳住电流,另一个量是一定要由负载电阻来决定的,而负载电阻是由使用者来决定的,因而电源的两个输出量中,必然有一个由使用者来决定的,这才能符合逻 辑,符合欧姆定律,才能为使用者所用,决无所谓既能给定输出电压,又能同时给定输出电流的电源。

恒流源作用与结构

恒流源,是一种能向负载提供恒定电流的电源装置,它在外界电网电源产生波动和阻抗特性发生变化时仍能使输出电流保持恒定。恒流源电路具有输出电流恒定、温度稳定性好、直流电阻很小但等效交流输出电阻却很大等特点。恒流范围大致为1µA~20A。它既可以为各种放大电路提供偏流以稳定其静态工作点,又可以作为其有源负载,以提高放大倍数。 并且在差动放大电路、脉冲产生电路中也得到了广泛应用。依据其主要构成元件可以分为以下几种。

1、集成运放恒流源

如图12-5由于温度对集成运放参数影响不如对晶体管或场效应管参数影响之显著,由集成运放构成的恒流源具有稳定性更好,恒流性能更高的优点。 尤其在负载一端需接地,要求大电流的场合,获得了广泛应用。
 
2、场效应管恒流源

其基本电路与晶体管恒流源类似。场效应管恒流源较之晶体管恒流源,其等效内阻较小,但增大电流负反馈电阻,场效应管恒流源会取得更好的效果。且无需辅助电源,是一个纯两端网络,这种工作方式十分有用,可以用来代替任意一个欧姆电阻。 通常,将场效应和晶体管配合使用,其恒流效果会更佳。

3、晶体管恒流源

这类恒流源以晶体三极管为主要组成器件,利用晶体三极管集电极电压变化对电流影响小,并在电路中采用电流负反馈来提高输出电流的恒定性,如图12-4。由晶体管构成的恒流源,广泛地用作差动放大器的射极公共电阻,或作为放大电路的有源负载,或作为偏流使用,也可以作为脉冲产生电路的充放电电流,由于晶体管参数受温度变化影响,大多采用了温度补偿及稳压措施,或增强电流负反馈的深度以进一步稳定输出电流。

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