壓控電流源電路設計及其工作原理

電流源是一種非常常用的電路，如工業中4-20mA輸出，LED恒流驅動，以及一些傳感器可能也需要恒流驅動等。

本篇文章介紹兩種常見的壓控電流源電路的設計。廢話不多說，直接看圖：

電路很簡單，運放+晶體管組成。P1為負載，根據運放虛短虛斷的原理，負載電流I=VIN/R3。因此通過控制VIN的電壓即可控制負載電流的大小。

其中R2和C2的作用是在輸入電壓和負載瞬間變化時保證電路的穩定，可以理解為一個濾波電路。R2應比R3大很多，但也不適宜太大(太大的話運放的偏置電流將會產生較大的偏置電壓)。RC參數也會影響電路的動態響應速度，因此也不適宜太大。當然把R2短路，C2直接去掉，電路也是可以正常工作的。

因為三極管的發射極電流不完全等于集電極電流，所以負載電流會有一定的誤差。電路中Q1也可以換成NMOS管。但是MOS管是電壓型器件，需要注意的是當R3上的電壓較大時，運放的供電電壓要足夠大，以保證MOS管能正常開啟。

另外需要注意的是散熱問題。以上述電路為例，假設VCC為12V，負載電阻為2Ω，當電流為0.5A時，負載和R3上的壓降為1.25V，則三極管上的功率為(12-1.25)*0.5=5.375W。需要加一個比較大的散熱片才行。運放的選擇應盡量選擇低偏置電壓和軌至軌輸出的運放，以減小誤差，以及滿足小電流輸出的要求。

上述電路存在一個問題就是負載不共地，在某些場景可能不適用。下面介紹另外一種負載共地的壓控電流源：

在原來的基礎上又增加了一級電路，后一級的MOS管為PMOS。原理也很簡單。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)。

以上圖為例，1V輸入電壓對應100mA輸出電流。

電路設計時的注意事項與第一種類似，不再贅述。


審核編輯：湯梓紅