两个三极管构成的恒流源电路解析

　　大家好，我是蜗牛，今天跟大家分享一下由两个三极管构成的恒流源电路。

　　如下图所示，是用两个NPN三极管搭建的低成本恒流源电路，结构比较简单。怎么做到恒流的呢？我们一起来分析一下。

 

 

　　图1 恒流源电路

　　在该电路中，可以把D1或R2看作是负载，且互相串联。忽略微小的基极电流，则流过他们的电流相等。

　　1、当单片机输出“0”（即0V）时：Q1、Q2都截止，灯D1不亮；

　　2、当单片机输出“1”（即3.3V）时，Q1和Q2处于什么状态，放大还是饱和？灯D1的工作电流恒定是多少？

　　首先确认一点，两个三极管这样的接法注定了它们只会工作在放大状态，而不是开关状态。Q1饱和了，Q2还能有电流？Q2没电流，Q1怎么有电流？所以Q1和Q2互相钳制维持在一个平衡状态。任何一个三极管的饱和都将使电路处于开或关的状态，是无法恒流的。

　　如果由于某种因素造成电路不稳定，使得流过D1（及与之串联的R2）的电流增大了，R2上的电压就会增高，那么Q1的基极电位就会升高，从而使Q1的ce间等效电阻相应减小。而Q1的ce间等效电阻控制着Q2基极电压，它的减小无疑又会使Q2向截止方向靠近，从而又减小了流过R2的电流，这种作用会持续到电路平衡为止，即流过R2（近似等于D1中）的电流既不能大又不能小，而是一个恒定值，因而实现了恒流电源的功能。

 

 

　　图2 由于某种因素导致D1电流增大，电路分析

　　如果电流减小了，分析方法同上，不赘述了。

 

 

　　图3 由于某种因素导致D1电流减小，电路分析

　　最终平衡的结果就是R2上电压等于Q1基极电压，一般0.7V，所以恒流值为0.7V/R2，Ic即负载D1的电流约等于0.7V/R2。Q2的b极电位大于等于1.4V的电压，此时Q2的b极到地的电压为：VR2+VBE（Q2）。

　　当单片机输出高电平3.3V时，我们一起来仿真一下（后台回复“恒流源电路”，可获得仿真文件）

 

 

　　图4 仿真电路

 

 

　　图5 仿真电路电压波形

　　如上图，A通道是R2两端电压，B通道是Q2的基极电压。

　　可以看出A通道R2两端电压一直被三极管Q1的be钳位在0.649V，B通道稳定在1.34V≈0.649V*2=1.3V。跟我们理论上得出的结论基本一致。

 

 

　　图6 仿真电路电阻R2通过的电流波形

 

 

　　图7 仿真电路电流探针参数设置

　　如上图，是电阻R2通过的电流大小，由于电流探针设置的是1mV/mA，所以得出电流值为12.98mA。也可计算得出：0.7V/50=14mA，跟计算结果相差不大。

　　所以想要控制负载灯D1的亮度，只需要调整R2的阻值大小。