在電子電路領(lǐng)域，晶體管憑借其卓越的特性和多樣的功能，被廣泛應(yīng)用于各類電路設(shè)計(jì)之中。其中，晶體管用于構(gòu)建恒壓源和恒流源電路，展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力和極高的實(shí)用價值，備受工程技術(shù)人員的青睞。
一、晶體管構(gòu)成的恒壓源與恒流源概述
晶體管在組成電壓源電路時，通常采用共集電極電路架構(gòu)。此架構(gòu)的電路輸入端連接于基極，而輸出端則從發(fā)射極引出。這樣的設(shè)計(jì)賦予了共集電極電路一個顯著特點(diǎn)：輸出電壓與輸入電壓在電位特性上保持一致，但輸出電壓相較于輸入電壓會降低約0.6V，即呈現(xiàn)α倍的電壓特性。至于輸出電流，由于晶體管的電流放大作用，輸出電流 Ie 為輸入電流 Ib 的 β 倍。這里，α的取值范圍大致在 0.9 至 0.95 之間，而 β 作為共發(fā)射極電路的電流放大倍數(shù)，其值則根據(jù)晶體管的類型和特性，在 30 至 200 的區(qū)間內(nèi)變化。
而當(dāng)晶體管用于構(gòu)成恒流源時，常選用共基極電路。在該電路中，輸入端位于發(fā)射極與基極之間，輸出端則處于集電極與基極之間。由于晶體管的電流放大特性，輸出電流 Ic 相較于輸入電流同樣能實(shí)現(xiàn) β 倍的增長。這兩種電路架構(gòu)在實(shí)際的電子工程中被大量應(yīng)用于各種電子設(shè)備和系統(tǒng)中，為電路的穩(wěn)定運(yùn)行和性能提升提供了關(guān)鍵支持。
二、晶體管恒流源電路的深入剖析
晶體管恒流源電路是一種以晶體三極管為核心元件的恒流電路。其工作原理主要基于晶體三極管集電極電壓變化對電流影響相對較小的特性。在電路設(shè)計(jì)中，通過引入電流負(fù)反饋機(jī)制，能夠進(jìn)一步提升輸出電流的恒定性，確保電流輸出的穩(wěn)定性。同時，為提高恒流源電路的性能，通常還會結(jié)合溫度補(bǔ)償和穩(wěn)壓措施，以應(yīng)對環(huán)境溫度變化和電源電壓波動對電路性能的影響。
晶體管恒流源電路可分為兩種基本類型。
一種類型如圖 1（A）所示，電路中 R1、R2 共同構(gòu)成分壓網(wǎng)絡(luò)，用于穩(wěn)定 b 點(diǎn)的電位，使其穩(wěn)定在 Vb。Re 在電路中起到電流負(fù)反饋的作用，通過對輸出電流的監(jiān)測和反饋調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)輸出電流 IO 的穩(wěn)定輸出，其計(jì)算公式可近似表示為 IO = (Vb - Vbe)/Re ≈ Vb / Re（當(dāng) Vb 遠(yuǎn)大于 Vbe 時）。圖 1（B）的計(jì)算方式可參考圖 1（A）的計(jì)算原理進(jìn)行相應(yīng)推導(dǎo)。
一種類型如圖 1（A）所示，電路中 R1、R2 共同構(gòu)成分壓網(wǎng)絡(luò)，用于穩(wěn)定 b 點(diǎn)的電位，使其穩(wěn)定在 Vb。Re 在電路中起到電流負(fù)反饋的作用，通過對輸出電流的監(jiān)測和反饋調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)輸出電流 IO 的穩(wěn)定輸出，其計(jì)算公式可近似表示為 IO = (Vb - Vbe)/Re ≈ Vb / Re（當(dāng) Vb 遠(yuǎn)大于 Vbe 時）。圖 1（B）的計(jì)算方式可參考圖 1（A）的計(jì)算原理進(jìn)行相應(yīng)推導(dǎo)。
然而，圖 1 中的電路也存在一定的局限性。晶體管的集電極與發(fā)射極之間的電阻通常較高，一般可達(dá)幾十千歐以上。在實(shí)際應(yīng)用中，若工作電壓僅為幾伏時，采用這種恒流源電路會導(dǎo)致等效內(nèi)阻過大，進(jìn)而引起較大的功耗，并且電流輸出的精度也會受到一定影響，難以滿足高精度恒流需求。
針對這一問題，在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，一種更為常用的簡易恒流源電路如圖 2 所示。
該電路采用兩只同類型的三極管組成，巧妙地利用三極管相對穩(wěn)定的 be 電壓作為基準(zhǔn)電壓源。通過這一設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)對電流數(shù)值的控制，其電流計(jì)算公式為 I = Vbe/R1。這種恒流源電路具有結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，且能夠自由調(diào)節(jié)電流數(shù)值，無需使用特殊元件，從而有利于降低產(chǎn)品成本，在許多對成本敏感的應(yīng)用場景中得到了廣泛應(yīng)用。
該電路采用兩只同類型的三極管組成，巧妙地利用三極管相對穩(wěn)定的 be 電壓作為基準(zhǔn)電壓源。通過這一設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)對電流數(shù)值的控制，其電流計(jì)算公式為 I = Vbe/R1。這種恒流源電路具有結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，且能夠自由調(diào)節(jié)電流數(shù)值，無需使用特殊元件，從而有利于降低產(chǎn)品成本，在許多對成本敏感的應(yīng)用場景中得到了廣泛應(yīng)用。
不過，圖 2 所示的恒流源電路也存在一些不足之處。由于不同型號的三極管，其 be 電壓并非固定值，即使是相同型號的三極管，也存在一定的個體差異。此外，在不同的工作電流條件下，be 電壓也會出現(xiàn)一定的波動現(xiàn)象。因此，這種簡易恒流源電路并不適合對電流精度要求極高的精密恒流應(yīng)用場景。
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