三极管之恒流源

设计电路时，有的地方需要我们控制稳定的输出电流，这时我们可以选择设计一款恒流源电路，下面先介绍一下N型三极管恒流源。

假设我们要控制Ic电流为1mA，β=100如下图一所示，怎么确定R38和R39的值呢？

图一

图二

要想满足Ic=1mA电流，需要有一个前提：需要三极管在饱和导通状态下Ic可以输出1mA电流，（这句话的意思是需要Ic饱和时输出电流大于等于1mA，如果Ic无论如何都输出不了1mA，那恒流1mA也就无从谈起）此时可以算出R38的最大值，三极管饱和导通状态下Vce=0.3V,则R38=(12V-Vce)/Ic=（12V-0.3V）/1mA=11.7K,那么R38 max=11.7K，选择一个标称电阻值R38=10K，此时三极管工作在放大状态，因为Ic还会受到Ib的控制，上图二中Q17的基级B点对地压降0.7V，那么R39两端的压降为4V3,又因为Ib=Ic/β=1mA/100=0.01mA，可得R39=4V3/Ib=4V3/0.01mA=430K,故可以得到如下图三所示的电路。

图三

上图三电路在理想状态下是没有问题的，但是在实际应用过程中肯定会出问题的，问什么呢？

因为上图三电路中三极管处于放大状态，而放大倍数β会随着温度的上升而增大，随着温度的降低而减小，那这样最终结果就不是我们想要的了，那怎么才能解决这个问题呢，控制器件温度显然不太靠谱，大家都知道想要一个系统稳定需要引入负反馈，那怎么才能在这个电路中引入负反馈呢？

假设我在射集放置一个2k电阻，此时Ie=Ic+Ib=1.01mA，为了计算方便我们就认为Ie=Ic=1mA,这样图四中E点的电位为2V，B点电位等于E点电位加上Vbe等于2V7，先假设此时B点有一个2V7的源。

当温度升高，三极管放大倍数β也随之升高，Ic也随之升高，继而Ie也随之升高，致使E点电位增加，“B点电位也跟着升高”，注意B点电位是电源电压2V7是定死的，那么最终的结果只能是Vbe降低，来弥补这个变化，举个例子，此时E点电位上升到2V1，由射集跟随电路特性的知E极电位跟随B极电位，且基级电位是固定的，那此时的Vbe=0.6V，根据伏安特性得知Ib电流也会降低，Ib降低Ic也会随之降低，进而Ie也会降低，E点电位也会下降，由射集跟随电路特性的知E极电位跟随B极电位，且基级电位是固定的，则Vbe增加，Ib增大，这个过程循环往复

图四

图五

当温度降低，三极管放大倍数β也随之降低，Ic也随之降低,继而Ie也随之降低，导致E点电位降低，因B点电位固定，则Vbe增大，根据伏安特性得知Ib电流也会随之升高，进而引起Ic增加，如此循环往复最终Ie电流会稳定到1mA，这是一个动态平衡的过程。

那么如何得到B点的2V7呢？如上图五示可以使用电阻分压的方法得到2V7电压，分压电阻的阻值如何确定呢？

I1=I2+Ib,Ib=0.01mA，要想Ib上的分流不影响分压电阻上的电压值，需要分压电阻上的电流远远大于Ib,而为了分压电阻上不受到外接干扰且功耗不能过大，暂定分压电阻上的电流为1mA，即I1=1mA,已知B点电位2V7，I1=1mA,

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

Ib与分压电阻上的电流相差100倍，所以相对来说可以忽略Ib对分压电阻的影响，Ib=0.01mA,实际上I2=I1-Ib=1mA-0.01mA=0.99mA,B点电位Vb=I2*R41=0.99mA*2.7k=2.673V，近似等于2V7,最终效果图如图六所示，所有电阻的阻值精度至少为1%精度，封装0805

图六

总结：这个动态平衡的过程其实就是负反馈调节，把变化的输出结果反馈给输入端进而改变输出端的结果。

需要设计一款恒流为1mA的电流源要求使用P型三极管，那具体怎么实现的呢？如图七示。

对比N型恒流源来看，需要在射集接一个电阻，而且需要满足Ic≥Ie=1mA,那E点电位需要为10V，根据射集跟随得出B点跟随E点电位等于9V3，可以看出R42也是一个反馈电阻，暂时先在集电极接一个9V3的电源如图八示，已知Ie=Ib+Ic,Ic=Ib*β

图七

图八

温度升高，β也随之升高，Ic随之增大，导致Ie增大，E点电位降低，影响Veb降低，Veb降低进而影响Ib降低，Ib降低控制Ic下降，进而影响Ie下降，E点电位升高，Veb增大Ib慢慢升高，影响Ic、Ie增加，循环往复最终趋于稳定。

温度降低，β也随之降低，Ic随之降低，导致Ie减小，E点电位升高，影响Veb升高，Veb升高进而影响Ib增加，Ib增加控制Ic升高，进而影响Ie升高，E点电位下降，Veb下降Ib慢慢降低，影响Ic、Ie降低，循环往复最终趋于稳定。

此时需要得到9V3的电源电压，可以对比N型恒流源,B点电位9V3，Ib=0.01mA,I1=1.35mA，I总=I1+Ib，R47=Vb/(I1+Ib)=9V3/(0.01+1.35)mA=6K8，P型恒流电路最终电路图效果如图九示。

图九

总结：不管N型还是P型三极管组成的恒流源电路，都是一种动态平衡，并不是一成不变的，电阻精度的选择最低是1%精度。