使用晶体管构建和测试一个简单的恒流源电路

　　我们中许多使用过模拟电路的人经常会在电路设计中遇到电压源和电流源这两个术语。虽然任何提供恒定电压的东西（如简单的 5V USB 输出或 12V 适配器）都可以被视为电压源，但术语电流源似乎始终是个谜。许多电路，尤其是涉及运算放大器或开关电路的电路，都需要您使用恒流源才能使设计工作。那么电流源是什么意思呢？它将如何工作以及为什么需要它？

　　在本教程中，我们将找到这些问题的答案，我们还将使用晶体管构建和测试一个简单的恒流源电路。本教程中使用的电路能够为您的负载提供100mA 的恒定电流，但您可以根据您的设计要求使用电位器对其进行修改。很有趣吧！所以让我们开始吧。

　　什么是恒流 （CC） 源？

　　通常，当电源单元驱动负载时，可能有两种可能的操作模式，一种是恒压 （CV）操作模式，另一种是恒流 （CC） 模式操作。

　　在 CV 模式下，电源使输出电压恒定，并根据负载电阻的需要改变输出电流。最好的例子是您的5V USB 端口，其中输出电压固定为 5V，但根据负载电流会有所不同。如果你连接一个小的 LED，它会消耗更少的电流，如果你连接一个更大的 LED，它会消耗更多的电流，但 LED 两端的电压将始终为 5V。

　　在 CC 模式下，理想的电流源电源使输出电流恒定，并根据负载电阻的要求改变输出电压。一个例子是恒流模式下的 12V 电池充电器，其中充电电流将由电压变化来固定。如果您的电池为 10.5V，如果您将其连接到 1A 12V 电池充电器，则充电器的输出电流将始终为 1A，但输出电压将发生变化以保持该 1A 充电电流。所以这就是需要恒流电路的地方，其他例子可以是恒流 LED 驱动电路，其中通过 LED 的电流必须是恒定的。

　　使用晶体管的简单 100mA 恒流源

　　在这个项目中，我们将只使用 4 个组件构建一个简单的晶体管恒流源发生器。这是一个非常便宜的电路，可以使用 5V 电源提供100mA 恒流源。它还将有一个电位器来控制 1 到 100mA 范围内的电流输出。即使负载电阻发生变化，它也会提供稳定的电流。当电路需要稳定的电流供应而没有波动时，这将很有帮助。之前我们还构建了其他类型的电流源电路，称为Howland 电流泵电路和电流镜电路，有兴趣的也可以看看。现在，让我们看看这个项目所需的材料。

　　所需材料：

　　TL431

　　BC547

　　2k 电阻 1%

　　10k可变电阻

　　22R 1%电阻

　　5V DC 适配器或 PSU 单元。

　　根据需要不同类型的负载电阻。

　　面包板和连接电线

　　万用表进行测试。

　　如上述 BOM 所述，该电路仅由两个有源元件 TL431 和 BC547 组成。TL431 是一款使用 2.5V 电压基准的并联稳压器。它支持 1-100mA 的阴极电流，用于分流相关操作。该组件的封装与通用通孔晶体管相同。其他组件是无源组件。电阻器需要有 1% 的容差才能获得准确的输出。

　　恒流源电路图：

　　使用晶体管项目的恒流源电路图如下所示。

　　上述电路完全连接在 5V 线路中。输出负载需要连接在 Output 和 GND 连接之间。在上面的示意图中，BC547 作为传输晶体管工作，更多内容将在工作部分讨论。

恒流电路的重要计算

上述电路的输出电流取决于以下公式——可用于计算恒流源电路的输出电流。

I out = V ref /R4 + I KA

对于这个电路，

我输出 = 100 毫安(.100A)
V参考 = 2.5V
I KA = 1mA (.001A) [注：最小偏置电流]

所以，

I out = V ref /R4 + I KA
.100 = 2.5/R4 + .001
.100 - .001 = 2.5/R4
R4 = 2.5/.099
R4 = 25 欧姆（大约）

R4 可用的最低接近电阻值为 22 欧姆。现在，可以使用相同的公式找到可变电阻器或电位器值。以前，最大可用电流 100mA 是通过 22 欧姆电阻实现的。这次电位器会将电流输出降低到最低水平。

由于 TL431 所需的最小阴极电流为 1mA，因此最好假设最低电流为 2mA。因此，通过使用相同的公式，

I out = V ref /VR 1 + I KA 
.002 = 2.5/VR 1 + .001
.002 - .001 = 2.5/VR 1 
.001 = 2.5/VR 1 
VR 1 = 2.5K

因此，可用的最低接近值 2.2k 电位器可用于电流控制。最后的计算是使用以下公式计算偏置电阻R1 值。

R1 = V in /(I out /hFE + I KA )

对于这个电路，

输出= 100mA (.100A )
V in = 5V
hFE = 100（最大值）
IKA = 1mA (.001A) [注：最小偏置电流]
R1 = V in /(I out /hFE + I KA )
R1 = 5/(.100/100 + .001)
R1 = 2.5 千欧

　　因此，可用的最低接近值 R1 可以是 2.2k。

　　恒流电路工作：

　　晶体管 BC547 用作由偏置电阻器 R1 和分流调节器 TL431 控制的传输晶体管。晶体管基极实际上连接在分流器上。该分流器电路是使用偏置电阻器和分流稳压器制成的。TL431 通过检测参考电压并控制传输晶体管 BC547 来调节恒定电流。该电路构建在面包板上，如下所示。

　　测试恒流源电路

　　电路板准备好后，我使用 5V 直流电源为电路通电并开始对其进行测试。我在输出端使用了不同的负载（不同的电阻值），并确保电流始终保持恒定。我用万用表测量电路的输出电流，它始终在 100mA 左右，如下图所示

　　完整的测试视频可以在本页底部找到。如果您有任何问题，请将它们留在下面的评论部分或使用论坛进行其他技术查询。

　　恒流源电路的应用

　　在 LED 照明系统中，LED 驱动相关操作需要恒流源。与便携式设备一样，电池充电电路也使用恒流源。下面列出了使用恒流源的一小部分应用

　　放大器系统。

　　太阳能系统

　　电磁铁

　　用于稳定速度的电机系统。

　　霍尔效应传感器。

　　稳压器电路偏置齐纳二极管。