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三晶体管电流源覆盖宽范围
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2017-11-15
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本设计实例是一个2线式电流调节器（图1），它在性能和器件数目之间达到了很好的平衡。通过使用三个晶体管、三个电阻和一个LED灯，可实现很好的调节效果（在大部分电压范围内准确度好于1%）、较低的工作电压（通常为1.2V），以及比复杂度相同的其他电路更理想的温度系数（0.07%/K）。
它可在从几十毫安到几安的电流范围下运行。要找到合适的器件并不困难，例如，LM10可用来制作性能更高的电路，但该IC没有很多厂商可供货，因此很可能出现停产。
图1：2线式电流调节器。
红外LED用作约1.05V的基准，由自举电流源Q1驱动。Q2和Q3形成主电流调节器。R1提供启动电流，R2设定参考电流的大小，R3设定流过Q2的电流，其控制流过调节器的99%的电流。在启动时，R1的所有电流流入Q3的基极，其反过来使Q1和Q2导通，从而为Q3提供更多电流。这一情况将持续到D1开始导通且R3的电流形成足够电压来开始关闭Q3，从而产生负反馈。由于Q3调节Q2的电流，它也调节Q1的电流—其获得相同偏置，但其发射极电阻R2将电流缩小。此时，Q1和Q2的电流将稳定在R3或R2（较小程度上）所设定的值上。
维持Q1电流恒定要求其热耦合到Q2，因为Q2将耗散掉电路内大部分功率。实现这一点最容易的方式是Q1和Q2采用相同的晶体管，并将Q1和Q2通过螺栓固定在散热器两边。此外，还可将Q1黏附在Q2上。在低电流情况下，可选用一个双晶体管。第四种选择是放弃热跟踪，通过降低R1来进行补偿。由于Q2的耗散功率将是电压的函数，这使Q1的电流降低也为电压的函数，从而可以通过R1进行补偿。但是，所有四种方法将在电源突然发生变化时导致热瞬变，最后一种方法造成的热瞬变幅度最大且时间最长。
Q2的电流由D1的电压和Q3的VBE（通常为0.3V～0.4V）之间的差值除以R3，即（VD1-VBE）/R3设定。D1正向电压的温度系数几乎与Q3的相同（相差0.25mV/K），从而使调节器的总温度系数约为0.07%/K.由于R3一般只有几欧姆或更低，通过缩小R2来缩小电流最容易实现，缩小R2将改变D1的电流，从而改变R3的电压。
由于启动电流非常小，R1的阻值在很多情况下可能为几兆欧；当D1未导通时，反馈完全为正。R2通常为200Ω～300Ω；由于Q2和Q3的增益相乘，即使主传导电流为几安，Q1和D1的电流也仅需1mA左右。
对于测试电路，电流在1.2V时下降5%.最低电压由VD1和Q1和Q3的Vsat设定。应当选择饱和电压较低的晶体管（例如Q3选择2N3904，Q1和Q2选择MJE210）。该最低电压将随着温度而变化：在温度较高时下降，在温度较低时上升。主传导晶体管使用了一个PNP，但电路可轻易地转化成全为NPN.
将D1短接可关闭调节器；电流将会下降至仅流经R1的量值。
它可在从几十毫安到几安的电流范围下运行。要找到合适的器件并不困难，例如，LM10可用来制作性能更高的电路，但该IC没有很多厂商可供货，因此很可能出现停产。
图1：2线式电流调节器。
红外LED用作约1.05V的基准，由自举电流源Q1驱动。Q2和Q3形成主电流调节器。R1提供启动电流，R2设定参考电流的大小，R3设定流过Q2的电流，其控制流过调节器的99%的电流。在启动时，R1的所有电流流入Q3的基极，其反过来使Q1和Q2导通，从而为Q3提供更多电流。这一情况将持续到D1开始导通且R3的电流形成足够电压来开始关闭Q3，从而产生负反馈。由于Q3调节Q2的电流，它也调节Q1的电流—其获得相同偏置，但其发射极电阻R2将电流缩小。此时，Q1和Q2的电流将稳定在R3或R2（较小程度上）所设定的值上。
维持Q1电流恒定要求其热耦合到Q2，因为Q2将耗散掉电路内大部分功率。实现这一点最容易的方式是Q1和Q2采用相同的晶体管，并将Q1和Q2通过螺栓固定在散热器两边。此外，还可将Q1黏附在Q2上。在低电流情况下，可选用一个双晶体管。第四种选择是放弃热跟踪，通过降低R1来进行补偿。由于Q2的耗散功率将是电压的函数，这使Q1的电流降低也为电压的函数，从而可以通过R1进行补偿。但是，所有四种方法将在电源突然发生变化时导致热瞬变，最后一种方法造成的热瞬变幅度最大且时间最长。
Q2的电流由D1的电压和Q3的VBE（通常为0.3V～0.4V）之间的差值除以R3，即（VD1-VBE）/R3设定。D1正向电压的温度系数几乎与Q3的相同（相差0.25mV/K），从而使调节器的总温度系数约为0.07%/K.由于R3一般只有几欧姆或更低，通过缩小R2来缩小电流最容易实现，缩小R2将改变D1的电流，从而改变R3的电压。
由于启动电流非常小，R1的阻值在很多情况下可能为几兆欧；当D1未导通时，反馈完全为正。R2通常为200Ω～300Ω；由于Q2和Q3的增益相乘，即使主传导电流为几安，Q1和D1的电流也仅需1mA左右。
对于测试电路，电流在1.2V时下降5%.最低电压由VD1和Q1和Q3的Vsat设定。应当选择饱和电压较低的晶体管（例如Q3选择2N3904，Q1和Q2选择MJE210）。该最低电压将随着温度而变化：在温度较高时下降，在温度较低时上升。主传导晶体管使用了一个PNP，但电路可轻易地转化成全为NPN.
将D1短接可关闭调节器；电流将会下降至仅流经R1的量值。
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