三晶体管电流源覆盖宽范围

    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。

20140928122327132713 三晶体管电流源覆盖宽范围

  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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