電路設計，三極管恒流源詳解

設計電路時，有的地方需要控制穩定的輸出電流，這時可以選擇設計一款恒流源電路，下面先介紹一下N型三極管恒流源。

N型三極管恒流源

假設要控制Ic電流為1mA，β=100如下圖一所示，怎么確定R38和R39的值呢？

圖一

圖二

要想滿足Ic=1mA電流，需要有一個前提：需要三極管在飽和導通狀態下Ic可以輸出1mA電流，（這句話的意思是需要Ic飽和時輸出電流大于等于1mA，如果Ic無論如何都輸出不了1mA，那恒流1mA也就無從談起）此時可以算出R38的最大值，三極管飽和導通狀態下Vce=0.3V,則R38=(12V-Vce)/Ic=（12V-0.3V）/1mA=11.7K,那么R38 max=11.7K，選擇一個標稱電阻值R38=10K，此時三極管工作在放大狀態，因為Ic還會受到Ib的控制，上圖二中Q17的基級B點對地壓降0.7V，那么R39兩端的壓降為4V3,又因為Ib=Ic/β=1mA/100=0.01mA，可得R39=4V3/Ib=4V3/0.01mA=430K,故可以得到如下圖三所示的電路。

圖三

上圖三電路在理想狀態下是沒有問題的，但是在實際應用過程中肯定會出問題的，問什么呢？

因為上圖三電路中三極管處于放大狀態，而放大倍數β會隨著溫度的上升而增大，隨著溫度的降低而減小，那這樣最終結果就不是想要的了，那怎么才能解決這個問題呢，控制器件溫度顯然不太靠譜，大家都知道想要一個系統穩定需要引入負反饋，那怎么才能在這個電路中引入負反饋呢？

假設我在射集放置一個2k電阻，此時Ie=Ic+Ib=1.01mA，為了計算方便就認為Ie=Ic=1mA,這樣圖四中E點的電位為2V，B點電位等于E點電位加上Vbe等于2V7，先假設此時B點有一個2V7的源。

當溫度升高，三極管放大倍數β也隨之升高，Ic也隨之升高，繼而Ie也隨之升高，致使E點電位增加，“B點電位也跟著升高”，注意B點電位是電源電壓2V7是定死的，那么最終的結果只能是Vbe降低，來彌補這個變化，舉個例子，此時E點電位上升到2V1，由射集跟隨電路特性的知E極電位跟隨B極電位，且基級電位是固定的，那此時的Vbe=0.6V，根據伏安特性得知Ib電流也會降低，Ib降低Ic也會隨之降低，進而Ie也會降低，E點電位也會下降，由射集跟隨電路特性的知E極電位跟隨B極電位，且基級電位是固定的，則Vbe增加，Ib增大，這個過程循環往復

圖四

圖五

當溫度降低，三極管放大倍數β也隨之降低，Ic也隨之降低,繼而Ie也隨之降低，導致E點電位降低，因B點電位固定，則Vbe增大，根據伏安特性得知Ib電流也會隨之升高，進而引起Ic增加，如此循環往復最終Ie電流會穩定到1mA，這是一個動態平衡的過程。

那么如何得到B點的2V7呢？如上圖五示可以使用電阻分壓的方法得到2V7電壓，分壓電阻的阻值如何確定呢？

I1=I2+Ib,Ib=0.01mA，要想Ib上的分流不影響分壓電阻上的電壓值，需要分壓電阻上的電流遠遠大于Ib,而為了分壓電阻上不受到外接干擾且功耗不能過大，暫定分壓電阻上的電流為1mA，即I1=1mA,已知B點電位2V7，I1=1mA,

R39=(5V-2V7)/I1=2.3V/1mA=2.3k,R41=2V7/1mA=2.7K

Ib與分壓電阻上的電流相差100倍，所以相對來說可以忽略Ib對分壓電阻的影響，Ib=0.01mA,實際上I2=I1-Ib=1mA-0.01mA=0.99mA,B點電位Vb=I2*R41=0.99mA*2.7k=2.673V，近似等于2V7,最終效果圖如圖六所示，所有電阻的阻值精度至少為1%精度，封裝0805

圖六

總結：這個動態平衡的過程其實就是負反饋調節，把變化的輸出結果反饋給輸入端進而改變輸出端的結果。

P型三極管恒流源

需要設計一款恒流為1mA的電流源要求使用P型三極管，那具體怎么實現的呢？如圖七示。

對比N型恒流源來看，需要在射集接一個電阻，而且需要滿足Ic≥Ie=1mA,那E點電位需要為10V，根據射集跟隨得出B點跟隨E點電位等于9V3，可以看出R42也是一個反饋電阻，暫時先在集電極接一個9V3的電源如圖八示，已知Ie=Ib+Ic,Ic=Ib*β

圖七

圖八

溫度升高，β也隨之升高，Ic隨之增大，導致Ie增大，E點電位降低，影響Veb降低，Veb降低進而影響Ib降低，Ib降低控制Ic下降，進而影響Ie下降，E點電位升高，Veb增大Ib慢慢升高，影響Ic、Ie增加，循環往復最終趨于穩定。

溫度降低，β也隨之降低，Ic隨之降低，導致Ie減小，E點電位升高，影響Veb升高，Veb升高進而影響Ib增加，Ib增加控制Ic升高，進而影響Ie升高，E點電位下降，Veb下降Ib慢慢降低，影響Ic、Ie降低，循環往復最終趨于穩定。

此時需要得到9V3的電源電壓，可以對比N型恒流源,B點電位9V3，Ib=0.01mA,I1=1.35mA，I總=I1+Ib，R47=Vb/(I1+Ib)=9V3/(0.01+1.35)mA=6K8，P型恒流電路最終電路圖效果如圖九示。

圖九

總結：不管N型還是P型三極管組成的恒流源電路，都是一種動態平衡，并不是一成不變的，電阻精度的選擇最低是1%精度。

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