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运算放大器（二）：恒流源

news 2025/9/14 19:14:31
一、实现原理

       恒流源的输出电流能够在一定范围内保持稳定，不会随负载的变化而变化。
       通过运放，将输入的电压信号转换成满足一定关系的电流信号，转换后的电流相当一个输出可调的简易恒流源。       

二、电路结构
  1. 常用的恒流源电路如下 图1 所示，由运放、MOS（三极管）、负载（R_{L}）、限流电阻（R_{S}）等组成；
    其输出电流为  I_{out}=\frac{V_{ref}}{R_{s}}

                                                                                         图1
    假设参考电压为 3.3V，限流电阻 R_{S} = 1KΩ，即恒流源电流为 3.3mA，若负载电压为 5V，意味着电路最大带载能力 R_{L} = 1.52KΩ，超过该值，输出电流将不再稳定
  2. 另一种负载接地的电压-电流转换电路如 图2 所示，即模电课本教学的电路

                                                                                                 图2
    U1构成同相求和电路，U2构成电压跟随器，根据虚短和虚断，可得：

    U_{O2}=U_{P2}

    U_{P1}=\frac{R_{4}}{R_{3}+R_{4}}\cdot U_{I}+\frac{R_{3}}{R_{3}+R_{4}}\cdot U_{​{P2}}=0.5U_{I}+0.5U_{P2}

    U_{O1}=\left ( 1+\frac{R_{2}}{R_{1}} \right )\cdot U_{P1}=2U_{P1}

    整理可得 U_{O1}=U_{P2}+U_{I}，R_{O}上的电压 U_{R_{O}}=U_{O1}-U_{P2}=U_{I}

    \therefore i_{O}=\frac{U_{I}}{R_{O}}
  3. 图2 中电路用MOS（三极管）改进后，可提高输出电流能力，如 图3 所示 

                                                                                                        图3
     \frac{U_{S}-U_{N1}}{R_{2}}=\frac{U_{N1}}{R_{1}}

    \therefore ^{U_{S}}=2U_{N1}=2U_{P1}

    i_{O}=\frac{U_{S}-U_{P2}}{R_{S}}=\frac{2U_{P1}-U_{P2}}{R_{S}}=\frac{U_{I}+U_{P2}-U_{P2}}{R_{S}}=\frac{U_{I}}{R_{S}}  

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