运放构成的恒流源电路是怎么实现恒流的功能呢?

描述

开发过项目的工程师都知道,在设计LED驱动的电路,为了达到稳定的显示效果,一般都需要设计一个恒流源电路。

恒流源电路,驱动LED,它的亮度就不会跟随电压的变化而变化了,亮度就始终维持在一个恒定的值了。

这是因为LED的亮度,只与流过它的电流有关。

OK,类似于这样的恒流源电路,工程师该如何去开发呢?当然,不同的工程师,有不同的方案,芯片哥要介绍的是一个简单且高效的电路,只需要一个运放和一个三极管,就能完成恒流源的功能电路。

比较器

恒流源电路

这个电路是怎么实现恒流的功能呢?

LM358是一个运算放大器,不过在这个电路中,它被当做比较器使用。正相输入端,连接一个稳定的电压5V;负相输入端,连接的是R2电阻。

“比较器”的输出端,直接通过一个电阻R1驱动Q1三极管,三极管的发射极也连接着R2电阻,三极管的集电极是作为恒流源的输出,就是它能够输出一个稳定的电流。

我们知道,作为比较器,当正相输入端的电压大于负相输入端的电压,也就是VA > VB,比较器就会输出一个高电平;

当正相输入端的电压小于负相输入端的电压,也就是VA < VB,比较器就会输出一个低电平。

因为VA是等于5V,是一个固定值,所以比较器输出的是高电平还是低电平,是取决于VB的电压。

由于R2电阻是连接比较器的负相输入端,因此VB的电压,它是等于R2电阻两端的电压。

R2电阻两端的电压,根据欧姆定律,它是等于流过R2电阻的电流乘以R2电阻的阻值。也就是

VB = VR2 = IR2 * R2

感觉是不是有点绕?怎么那么多关系啊?

别急,还没到重点呢?跟着芯片哥的节奏,我们再接着分析它的恒流原理

比较器

运放构成的恒流电路

对于三极管,它的特性是电流放大作用,比如放大100倍,将基极的小电流,放大100倍后,通过集电极输出。

也就是集电极的电流是要远远大于基极的电流,所以在这个放大倍数的基础上,工程师可以等效地看出,流过三极管的发射极电流是等于集电极电流的。

分析到这里,我们就不难发现,流过R2电阻的电流,它是等于流过三极管集电极电流的。

现在到了分析的重点了,小伙伴们提起精神啊,别落下了。

假如VR2的电压大于VA的电压,比较器会输出低电平,三极管会截止不导通,电路就会关闭集电极输出电流的能力;

但关闭输出电流的同时,又会导致流过R2电阻的电流也会被关闭,就会触发VR2的电压减小;

VR2电压一减小,就会低于VA,比较器又会输出高电平,这个时候三极管又会导通了,电路又会开启输出电流了,导致R2电阻的电流增大,VR2也会增加;

只要VR2超过VA的电压,就又循环刚刚的过程了。

分析到这,是不是有些清楚了呢?如果实在还是没有弄清楚,也不要紧,芯片哥直接告诉你后面怎么用这个电路就可以了。

如果想要输出100mA的恒流源,VA是5V电压的话,只需要将R2的阻值设置为50Ω就可以了。

恒流源电路输出的电流,它是等于

Iout = VA / R2

按照这个方法,如果想要输出250mA的恒流源,只需要将R2的阻值设置为20Ω就OK了。

当然,电流值越大,Q1三极管承受的功率也会增大,这个是在选型的时候必须要考虑到的,避免电流过大,三极管发烫。





审核编辑:刘清

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