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[1、基础 NPN 恒流源（固定电流）](#1、基础 NPN 恒流源（固定电流）)
[4、复合恒流源（达林顿结构 + 多级反馈）](#4、复合恒流源（达林顿结构 + 多级反馈）)
一、什么是三极管恒流电路？
三极管恒流电路（Transistor Constant Current Source）是一种利用双极型晶体管（BJT）的电流放大特性，实现输出电流基本不受输入电压波动影响的电子电路。其核心目标是：
提供一个稳定、可调的直流电流源，用于驱动 LED、传感器、电容充电、偏置电路等。
核心原理：
- 利用三极管的 基极-发射极电压 VBE 稳定性；
- 通过 采样电阻 RE 反馈控制发射极电流；
- 实现 输出电流 IC ≈ IE = VBE/RE 的恒定关系。
⚠️ 注意：VBE 随温度变化（约 -2mV/°C），因此恒流精度受环境影响。
二、分析四种典型三极管恒流电路
我们需设计一个 稳定输出 10mA 的恒流源 ，用于驱动负载（如 LED、传感器等），输入电压为 24V ±0.5V（含噪声），要求：
- 输出电流稳定在 10mA ±0.1mA
- 对电源波动和噪声不敏感
- 结构简单，成本低
1、基础 NPN 恒流源（固定电流）
1）电路结构：
| 元件 | 数值 | 功能 |
|---|---|---|
| VCC | 24V | 输入电源 |
| R1 | 20kΩ | 上拉电阻，设置基极电压 |
| R2 | 10kΩ | 下拉电阻，形成分压网络 |
| Q1 | NPN 三极管（如 BC817） | 主要放大器，实现恒流控制 |
| R3 | 680Ω | 发射极采样电阻，反馈控制电流 |
✅ 工作原理简述：
- 基极电压由 R1 和 R2 分压得到；
- 发射极电压 = 基极电压 - VBE；
- 发射极电流 IE = (VE) / R3；
- 集电极电流 IC ≈ IE（忽略基极电流）；
2）工作机制：
如何精确设定 10mA？
步骤 1：确定发射极电压
步骤 2：计算基极电压
步骤 3：计算分压电阻比
分压网络：
解得：
若取 R1 = 20kΩ，则：
推荐使用标准阻值：R1 = 20kΩ，R2 = 9.1kΩ 或 10kΩ
3）优劣势分析
优点：
- 结构简单，成本低
- 易于计算和调试
- 适合小功率应用
缺点：
- 输入电压有噪音会影响恒流稳定
- 输出电流受 VBE 和 β 影响
- 温度漂移明显（VBE 随温下降）
- 输入电压范围受限（需足够高以维持 VB > VBE）
2、改进型恒流源（带噪声抑制）
1）电路结构：
| 元件 | 数值 | 功能 |
|---|---|---|
| VCC | 24.5V ±0.5V | 输入电源（含噪声） |
| R1 | 10kΩ | 上拉电阻，用于设置基极电压 |
| Q1 | NPN 三极管（如 BC817） | 主要放大器，实现恒流控制 |
| R2 | 470Ω | 发射极采样电阻，反馈控制电流 |
| 运算放大器（运放） | 未画出但隐含 | 实际中可能由运放构成基准源 |
⚠️ 注意：虽然图中没有显式画出运放，但从电路结构和性能来看，这是一个"运放+三极管"组成的精密恒流源，其中运放作为虚拟接地或电压跟随器使用。
2）工作机制：
核心原理：发射极负反馈恒流源
设计目标：
- 目标电流：IC=10mA
- 已知：R2=470Ω
则所需发射极电压为：
✅ 实测 VE=4.917V，对应电流为：
3）优劣势分析
优点：
- 抗干扰能力强（能滤除部分噪声）
- 输出电流更稳定
- 可适应宽输入电压范围
缺点：
- 需要额外元件（如齐纳二极管）
- 功耗增加（齐纳管发热）
- 成本稍高
3、高精度恒流源（带负反馈）
1）电路结构：
| 元件 | 数值 | 功能 |
|---|---|---|
| VCC | 24.5V ±1V | 输入电源（含噪声） |
| R1 | 1kΩ | 上拉电阻，设置基极偏置 |
| Q1 | NPN 三极管（如 BC817） | 主要放大器，驱动输出 |
| Q2 | NPN 三极管（如 BC817） | 参考晶体管，构成电流镜像 |
| R2 | 68Ω | 发射极采样电阻，反馈控制电流 |
📌 特点：
- 使用了 双三极管结构，提高稳定性；
- Q2 作为参考支路，Q1 作为输出支路；
- 通过 R2 实现负反馈调节。
2）工作机制：
核心原理：电流镜像 + 负反馈恒流源
设计目标：
- 目标电流：
=10mA
- 已知：
则所需发射极电压为：
✅ 实测 VE=676.739mV，对应电流为：
→ 与实测 10.1mA 略有偏差，是由于三极管压降并非0.7V。
为什么如此稳定？
- 使用了 小阻值采样电阻（68Ω）
- 小信号反馈灵敏度高
- 虽然没有显式基准源，但通过合理设计实现了近似恒流
3）优劣势分析：
优点：
- 输出电流非常稳定（±0.1mA）
- 对温度变化有一定补偿能力
- 适合精密仪器供电
缺点：
- 采样电阻功耗较大（P = I²×R）
- 需要较高输入电压以保证 VCE > 0
- 不适用于低压系统
4、复合恒流源（达林顿结构 + 多级反馈）
该电路是一个 复合型三极管恒流源 ，由两个 NPN 三极管和一个 PNP 三极管组成，属于"达林顿结构 + 反馈调节"类型。其核心目标是：
✅ 在输入电压波动（23.5V ~ 24.5V）且存在噪声的情况下，提供一个稳定输出为 10mA 的电流。
1）电路结构：
| 元件 | 数值 | 功能 |
|---|---|---|
| VCC | 24.5V ±1V | 输入电源（含噪声） |
| Q1（上面） | NPN 三极管（如 BC817） | 恒流控制，驱动输出 |
| Q2（下面） | PNP 三极管（如 BC807） | 恒流控制，驱动输出 |
| R1 | 1kΩ | 限流电阻 |
| R2 | 1kΩ | 限流电阻 |
| D1（上面）、D2（下面） | 5.6V击穿电压 | 稳压二极管 |
📌 特点：
- 使用了 三极管组合结构，提高稳定性；
- Q2 作为 PNP 管，用于提升输入阻抗；
- Q1 和 Q2 构成 电流镜像对；
- R1 实现负反馈调节。
2）工作机制：
设计目标电流
设计思路：保证两个三极管（Q1、Q2）各分一半的电流，两路各5mA电流。
参数计算：
Q2外围电路：
采样电阻电压为：
基极电压为:
故需要挑选相应稳压二极管：
挑选反向击穿电压为5.7V左右的稳压二极管，即可满足Q2集电极电流为500mA
采样电阻电压差为：
稳压二极管压降为:
故需要挑选相应稳压二极管：
挑选反向击穿电压为5.7V左右的稳压二极管，即可满足Q2集电极电流为500mA。
3）优劣势分析：
优点：
- 使用了 PNP 管 Q3 提升输入阻抗
- Q1 和 Q2 构成 电流镜像对，提高精度
- 输出电流稳定在 9.8mA，接近目标
- 对输入电压波动不敏感
缺点：
- 采样电阻未明确标注，难以精确计算
- R1 = 1kΩ 若为发射极电阻，则压降过大，导致饱和
- 无温度补偿机制，易受热漂移影响
三、总结：四种电路对比
| 电路 | 类型 | 输出电流 | 稳定性 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|---|---|
| 图一 | 基础分压恒流 | ~9.7mA | 中等 | 简单、低成本 | 易受电压波动影响 |
| 图二 | 改进型恒流 | ~10.4mA | 较好 | 抗干扰强 | 需额外元件 |
| 图三 | 高精度恒流 | ~10.1mA | 极高 | 精度高、稳定 | 功耗大、需高压 |
| 图四 | 达林顿恒流 | ~10.6mA | 高 | 驱动能力强 | 压降大、发热 |