目录
01 原理介绍&描述
运放的虚短和虚断
02 恒流源描述&分析
简单恒流源电路
简单恒流源电路描述
恒流源电路分析
恒流源VI电路
恒流源VI电路描述
恒流源VI电路分析
恒流源应用场景
03 恒流源VI电路示例
示例原理图&描述
恒流原理分析
恒流原理
恒流调节过程
04 文章总结
大家好，这里是程序员杰克。一名平平无奇的嵌入式软件工程师。
最近，杰克又开始不务正业，继续学习起了硬件电路的设计。本篇推文主要内容包括：运放的虚短和虚断描述、简单恒流源电路分析。最后通过一个由三极管/mos管、运算放大器组成的恒流源VI电路示例来演示实际的设计过程。
下面正式进入本章推送的内容。
01 原理介绍&描述
运放的虚短和虚断
| 特征 | 描述 |
| 虚短 | 当运放工作在线性放大区时，认为同相输入端和反相输入端短路。有：Vin+ = Vin-； 个人理解：放大器引脚IN+与IN-连接成一根导线 |
| 虚断 | 当运放工作在线性放大区时，认为同相输入端、反相输入端都与运放断路，即没有电流流入运放。有Vin = Vin+，I+ = 0，I- = 0； 个人理解：放大器引脚IN+、IN-引脚与PCB的连线断开 |
02 恒流源描述&分析
简单恒流源电路
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简单恒流源电路描述
恒流源电路在硬件电路设计和工程领域中具有广泛的应用。那么什么是恒流源呢？恒流源的定义：“恒流源是一个可向负载提供恒定电流，即使负载阻抗发生变化时，也能保持输出恒定电流大小电路”。
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恒流源电路分析
恒流源简单电路如下所示：
分析过程：1. 根据运放的虚断路，同向输入端IN+、反相输入端IN-连线断开，R1与RL形成串联电路，有：I_in = I_RL;2. 根据运放的虚短路，同向输入端IN+与反相输入端IN-形成导线连接到GND，形成“Vin ->R1 ->IN- ->IN+ ->GND”通路, 有：V_R1 = Vin/R1;3. 综合上述, 负载电流I_RL = Vin/R1；
恒流源VI电路
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恒流源VI电路描述
利用电阻和运放，组成一个电压向电流转换(电压控制电流)的恒流源VI电路。该电路可以把输入的电压转换成对应的电流，常用于使用电压去控制负载电流的场合。
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恒流源VI电路分析
简单恒流源VI电路如下图所示：
分析过程:1. 根据运放的虚断路，同向输入端IN+、反相输入端IN-连线断开，反相输入端的电流几乎为0, 负载RL的电流完全由运放输出, RL和RL1组成串联电路, 有:I_RL = I_RL1;2. 根据运放的虚短路，同向输入端IN+与反相输入端IN-形成导线，形成通路:"Vin ->R1 ->IN+ ->IN- ->RL1 ->GND", R1和RL1组成串联电路有:I_RL1 = Vin * RL1/(R1 + RL1);3. 综合上述, 负载电流I_RL = Vin * RL1/(R1 + RL1)；
恒流源应用场景
恒流源电路在硬件电路设计和工程领域中具有广泛的应用。诸如LED激光等恒定电流驱动、电化学分析、精密测量等领域。
03 恒流源VI电路示例
本小节通过一个运算放大器+三极管组成的恒流源VI电路示例，演示恒流源VI电路的设计过程。
示例原理图&描述
示例原理图如下所示：
| 序号 | 描述 |
| ① | 主控IC输出PWM，经过⑤阻容滤波电路滤波后，输出恒定的直流电压Vin |
| ② | R1和R2组成的串联电路，R2的对Vin的分压V_R2作为运放的Vin+ |
| ③ | R4作为负载电流的调节电阻 |
| ④ | 三极管；要求电路精度更高，可以换成mos管 |
| ⑤ | 电阻+电容组成的滤波电路 |
恒流原理分析
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恒流原理
示例电路的原理为：当采样电阻R4的电压变化（瞬时负载电流变化）时，直接反馈到运放的反相输入端，它与同相输入端电压的差值被运放放大，输出控制三极管的基极电流，改变三极管的内阻，从而改变发射极与集电极间的电压降，从而使采样电阻的电压保持不变，以达到负载电流恒定的目的。
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恒流调节过程
电流计算
对于上述示例原理图，有如下计算推导过程：
1. 根据运放的虚断路，有：Vin+ = V_R2;V_R2 = Vin * R2/(R2 + R1);2. 根据运放的虚短路, 有：Vin+ = Vin-;Vin- = I_R4 * R4;3. 综合上述, 负载电流I_R4 = Vin * R2/[(R2 + R1) * R4]；特别说明：根据基尔霍夫定律，流经R4的电流 = 负载电流 + 三极管基极电流；但因为基极电流比较小，此处并未计算进去；
04 文章总结
在运放的世界中，虚短路和虚断路的分析方法尤其重要。只要熟练掌握虚短和虚断分析方法，运放、三极管组成的恒流源VI电路的设计和分析就会变得简单很多。
