運(yùn)放搭建的恒流電路,和上期講的一樣,實(shí)現(xiàn)1mA的恒流源。他的工作原理主要通過(guò)運(yùn)放的電壓跟隨電路和三極管的射級(jí)跟隨電路。
假設(shè)這里使用的U1A運(yùn)放放大倍數(shù)是10萬(wàn)倍,三極管的放大倍數(shù)是β=100。剛開(kāi)始上電時(shí),假設(shè)Vin輸入為2.5V,運(yùn)放不帶負(fù)反饋,運(yùn)放輸出2腳電平從0V開(kāi)始往上升一直升到運(yùn)放的飽和電壓,即運(yùn)放的供電電壓+5V。如果加入負(fù)反饋,Vin=2.5V,假設(shè)運(yùn)放的輸出1腳此刻升到了1V,由于負(fù)載R4需要1mA的恒流源,Q1的Ic=1mA,β=100,可得Ib約等于1mA/100=0.01mA=10uA,從上面的數(shù)據(jù)可得,此時(shí)流過(guò)R2的電流是uA級(jí)別的,非常小,所以R2兩端壓降近似等于0V,1V的電壓全部加到Q1的B極,Vb=1V,Q1的發(fā)射極E極Ve=0.3V,可得Q1的Ie電流為Ve/R3=0.3V/5.1k=58.8uA,同時(shí)Ve=0.3V,反饋到運(yùn)放的2腳,由于接在運(yùn)放反相端作反饋的,所以也叫負(fù)反饋。
上圖所示2腳得到一個(gè)電位與Ve電位相等Ve=0.3V,Vin還是2.5V,Vin-Ve=2.5-0.3=2.2V,運(yùn)放放大倍數(shù)是10萬(wàn)倍如果沒(méi)有負(fù)反饋輸出直接會(huì)飽和了,這里的反饋可以使運(yùn)放輸出不會(huì)達(dá)到飽和,它會(huì)達(dá)到Vin的值2.5V,由于運(yùn)放放大倍數(shù)是10萬(wàn)倍,運(yùn)放的IN+和IN-的電壓差可以忽略不計(jì),也就得到VIN+=VIN-,也就是我們常說(shuō)的運(yùn)放“虛短”。
如果Vin此時(shí)輸入的是2.5V,VIN+輸入為什么也是2.5V呢?答案很明顯,運(yùn)放輸入阻抗接近無(wú)窮答,輸入電流只有pA級(jí),大的也就uA級(jí),R1兩端的壓降約等于0V,所以Vin=VIN+,也就是運(yùn)放的“虛斷”。
根據(jù)虛斷原理,Vin=VIN+;根據(jù)虛斷原理,VIN+=VIN-=Vin=2.5V,當(dāng)運(yùn)放動(dòng)態(tài)平衡后VIN-會(huì)穩(wěn)定在2.5V,同理Ve=2.5V,根據(jù)Q1N三極管的射極跟隨,Vb=Ve+0.7V=2.5+0.7V=3.2V,即運(yùn)放的Vout=3.3V。從上面的數(shù)據(jù)可得,Ve=2.5V,R3=5.1K,I=2.5V/5.1K=0.49mA=490uA.我設(shè)計(jì)的目標(biāo)值這里要達(dá)到1mA,根據(jù)Vin=VIN+=VIN-=5.1V,得Ve=5.1V,R3=5.1K,Q1的Ie=Ve/R3=5.1/5.1K=1mA,就達(dá)到我的設(shè)計(jì)要求了,這樣負(fù)載R4就可以實(shí)現(xiàn)1mA的恒流了。
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