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运算放大器 - 笔记 02 -恒流源

恒流源 / 电流源

  • 一、方案一
  • 二、方案二
  • 三、方案三
  • 四、方案四

前言:最近在学习运放,三极管,二极管,场效应管等器件的组合电路。捡起了以前的模电知识,写下笔记,以防再度忘记。
本文使用Multisim仿真软件进行模拟。

  • 开始前先复习一下运放的基本假设:虚短即同反相输入端电压相等,虚断即同反相输入端电流不等;
  • 推荐笔记:《恒流源电路设计》 https://blog.csdn.net/smallmount123/article/details/51232876;感谢前人罗列了很多方案,我选取其中看得懂的记录下来

一、方案一

  • 下图是简化示意图:
    在这里插入图片描述
  • 下图是仿真示意图:
    在这里插入图片描述
  • 恒流源计算公式:I4 = I5 = V3/R4 = V1/R4 = VCC1*R2/(R1+R2)/R4
  • 因为虚短,V1 = V3,因为虚断,I6 = 0I4+I6 = I5I4 = I5
  • 一般为了确保恒流源的准确性,输入的参考电压来源为基准压,和运放的工作电源区分开来。又因为基准压电压VCC1和决定电流电阻R4不太好选择,所以会添加R1R2,将基准压分压至符合要求,方便R4灵活调整。
  • R3就是负载,会注意到负载是没有接地,而正极由运放提供,这代表负载的阻值有要求R3 <= (V2-V3)/I4;而V2要小于VCC0
  • 注意:这种方案没有负反馈,在实际使用过程中V1并不完全等于V3,存在一定误差,为了减小误差,应该设定V1尽可能的小,有助于减小误差。(实测)

二、方案二

推荐笔记:《求助一个正反馈平衡式恒流源工作原理》 https://bbs.21ic.com/icview-3044672-1-1.html
感谢大佬的和发现,上面的帖子中的第6楼回答很明了,我这里引用一下示意图;

  • 这个方案带有反馈部分,而且电阻选择更加多样,自带分压效果。唯一的缺点就涉及电阻比值,不好确保比值正确;

在这里插入图片描述

  • 下面是仿真示意图:
    在这里插入图片描述
  • 因为推到过程比较麻烦,我手写在纸上再拍照,略微模糊,见谅。
    在这里插入图片描述
  • 总结就是加了一个跟随器,使输出电压和输入参考电压形成比例关系。
  • 和方案一类似,存在输出电压受限问题,不能承受较大的负载。

三、方案三

  • 可以将方案一改良一下,使用三极管。下面是示意图:
    在这里插入图片描述

  • 下面是仿真示意图:
    在这里插入图片描述

  • 推到过程和方案一类似,使用npn三极管。外接电源后可以带更大的负载。

  • 但这会出现令一个问题,如果我希望采集V6V7的压差,我就得采集11v的电压,但是压差只有0.1v而已。

  • 这时需要再外接一个放大器和减法器了。集成里这种功能的元件叫仪表放大器
    在这里插入图片描述

  • 下面是仿真图。
    在这里插入图片描述

  • 具体就不推导了。快点进入最后一节。因为上面这部分有点多余,应该一开始就考虑使输出电压不那么高才对。也就是共地。

四、方案四

  • 将上面3给方案结合使用,即有反馈部分,也能供地,省去仪表放大器
  • 下面是示意图:
    在这里插入图片描述
  • 下面是仿真图:
    在这里插入图片描述
  • 推导过程和上面的例子几乎一样,就是多了一个npn。最终等式还是:VCC2 * R1 / R2 / R5 = I;且要求 R1/R2 = R3/R4

原理相同,只是扩大了电流的输出能力,人们在使用中常常把电阻R2取的比负载RL大的多,而省略了跟随器运放

  • 根据大佬的提示,可以将R2取值增大,进而省去一个运放。仿真如下。
    在这里插入图片描述
  • 恒流源的实验就暂时做到这里。谢谢阅读。
http://www.lryc.cn/news/65380.html

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