恒流源电路原理

恒流源电路的基本原理

恒流源电路是一种能够输出恒定电流的电路，它可以在不同负载情况下保持输出电流不变。在很多应用中，需要稳定的电流源来驱动负载，例如LED驱动、激光器驱动、传感器等。恒流源电路通过控制输出端的电压或者通过调节内部元件参数来实现稳定输出。

恒流源的分类

恒流源可以分为两类：主动恒流源和被动恒流源。

1.主动恒流源：主动恒流源使用放大器等主动元件来实现稳定的输出电流。其

中最常见的就是使用晶体管作为控制元件，通过调节晶体管的工作状态来维持输出电流不变。

2.被动恒流源：被动恒流源则是利用二极管、二极管连接、MOSFET等被动元

件构成的特殊网络来实现稳定输出。这种类型的恒流源通常比较简单且成本较低，但是精度相对较低。

下面我们以主动恒流源为例进行详细讲解。

主动恒流源原理

主要思想是通过对晶体管工作状态的控制，使得输出电流保持不变。

基本电路结构

主动恒流源的基本电路结构如下图所示：

恒流源电路

恒流源电路

其中，Q1和Q2是两个晶体管，R1和R2是两个电阻。Vcc为电源电压。

工作原理

主动恒流源的工作原理可以分为两个阶段：建立阶段和稳定阶段。

1.建立阶段：在建立阶段，首先假设Q1处于导通状态。此时Q1的集电极与基

极之间的电压为Vce_sat（饱和区压降），根据欧姆定律可知R1上产生一

个与输出电流I相等的电压降。由于Q2处于截止状态，所以其集电极上没有任何压降。因此，根据基尔霍夫定律可知，Vcc等于R2上的电压加上Q2的集、基之间的饱和区压降Vbe_sat。

2.稳定阶段：在稳定阶段，通过反馈机制使得输出端口维持恒定的工作状态。

当输入端口发生变化时，比如负载发生变化，会导致输出电流发生变化。此

时，由于电流镜的存在，Q1和Q2之间的电流比例保持不变。通过调节R1

和R2的比例可以实现对输出电流的控制。

常见的主动恒流源电路

常见的主动恒流源电路有多种形式，如Wilson镜、Widlar镜和母极驱动镜等。下

面分别介绍这几种常见的主动恒流源电路。

1.Wilson镜：Wilson镜由两个NPN型晶体管组成，如下图所示：

Wilson镜

Wilson镜

工作原理与前述的基本原理相似，只是使用了两个晶体管来提高性能。

2.Widlar镜：Widlar镜由一个PNP型和一个NPN型晶体管组成，如下图所示：

Widlar镜

Widlar镜

Widlar镜通过引入一个PNP型晶体管来提高性能，并且可以实现更高精度

的输出。

3.母极驱动镜：母极驱动镜是一种改进版的主动恒流源电路，如下图所示：

母极驱动镜

母极驱动镜

母极驱动镜通过引入一个NPN型晶体管来提高性能，并且可以实现更高精度

的输出。

恒流源电路的特点

恒流源电路具有以下特点：

1.稳定性：恒流源电路可以在不同负载情况下保持输出电流不变，具有良好的

稳定性。

2.精度：恒流源电路可以通过调节元件参数来实现输出电流的精确控制，可以

满足对电流精度要求较高的应用。

3.适用范围广：恒流源电路适用于各种需要稳定输出电流的场合，如LED驱动、

激光器驱动、传感器等。

4.成本较高：由于主动恒流源使用了较多的元件和复杂的控制机制，所以相对

来说成本较高。

总结

恒流源是一种能够输出稳定电流的电路，在很多应用中起到至关重要的作用。主动恒流源通过控制晶体管工作状态来实现稳定输出电流，常见的主动恒流源电路有Wilson镜、Widlar镜和母极驱动镜等。恒流源电路具有稳定性高、精度高等特点，并且适用范围广。但是由于其复杂的控制机制和较多的元件，成本相对较高。