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电流源和二极管串联会怎样?

作者:海飞乐技术 时间:2018-04-17 17:13

  1. 电流源分析
  我们来看下图:

电流源和二极管串联 
  左图就是电流源和二极管串联。
  我们看到,电流源产生的电流流过正向二极管,此时系统的电压U为:
U=ISR+UD
  按题主的意思,二极管是所谓“理想的”,因此它的正向电阻为零,于是有:
U=ISR
  现在,我们把二极管反接,又因为二极管是所谓“理想的“,因此二极管的反向电阻为无穷大。于是电流源两端的电压为Is与它内阻的乘积。
 
  我们当然知道电流源的内阻十分巨大,而所谓”理想的“电流源,其内阻为无穷大,于是电流源会产生无穷大的电压来。这个无穷大的电压加在在二极管上,按道理,二极管会被这无穷大的电压给击穿,接着系统又恢复正常,Is流过击穿的二极管并流向电阻R。
 
  2. 实际电流源分析
  现在,我们来看中图,一个实际系统。
  设图中的电源电压为24V,稳压二极管的稳定电压为6V。若电阻R1和R2均为10K,它们的分压是3V,则晶体管基极的电压为:
UT1.B=24-3=21V
  我们知道,晶体管的基射极间电压为0.6V,因此晶体管发射极的电压为:
IT1.E=21+0.6=21.6V
  设,发射极电阻Rc的阻值是1.2K,于是,流过发射极电阻Rc的电流是:
计算公式1 
  晶体管T1的集电极电流近似等于发射极电流,于是晶体管T1的输出电流为:
IT1.C≈IT1.E=2mA
  由于晶体管基极的电压是固定不变的,因此我们知道,晶体管的输出电流当然也不会变化,并且与它的负载Rc的值无关。换句话说,此电路就是一个恒流源。
  设,电阻Rc=8.2K,于是它两端的电压为2X8.2=16.4V。由此我们知道,晶体管T1的管压降为:
UT1.CE=24-2.4-16.4=5.2V
  这5.2V就是此恒流源能够实现恒流的本钱。
  当电阻Rc增大时,它两端的电压会增大。例如我们将它的电阻增加到10K,于是晶体管T1的管压降为:
UT1.CE=24-2.4-2x10=1.6V
  我们看到,这里的关系完全满足电流源的基本特征:负载电阻越大,负载电阻上的电压当然也越大,但此时T1的管压降已经大幅跌落。
  我们知道,当晶体管饱和时,它的管压降是0.3V。据此,我们来计算一下电阻Rc的最大值是多少:
计算公式2 
  如果负载电阻Rc的阻值变小,例如只有原先的一半左右,即4.2K,又会发生什么情况?
UT1.CE=24-2.4-2x4.2=13.4V
  我们看到,管压降增加了。如此看来,若负载电阻继续减小,管压降还会增加。因此,晶体管的耐压必须满足要求,否则会被击穿。
  我们来看看当Rc=0时的管压降是多少:
UT1.CE=24-2.4=21.6V
  可见,此晶体管的管压降必须大于21.6V,否则此晶体管会被击穿。
  通过简单计算,我们由此得知,恒流源所接的负载电阻是有范围限制的。
 
  3. 把二极管接入实际恒流源电路会发生什么?
  我们知道,所谓的理想二极管,其正向压降为零,反向压降为无穷大,因此我们可以用普通的开关来模拟。
  当开关闭合时,相当于二极管处于正向接法,此时恒流源的电流变化情况正如第2条分析的结果。
  当开关打开时,晶体管T1的集电极开路,这时会怎样?答案是,不会怎样,晶体管的集电极电流为零,晶体管的特性确保了不会强制性地恒流输出2毫安的电流,以此保障了系统安全。
 
  结论:
  由以上计算可知,电流源在负载电阻变大变小时,负载的上电压也会变大变小,并且是以电流源自身的压降变化为代价的。
  电流源对负载供电时,作为代价的就是它自身的压降!




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