原毓

摘要：我們在模擬量電路設計過程中，通常需要為模擬量電路提供高精度的基準電源，為了能夠得到較大驅動能力的基準電源，需要對電流進行放大，一般通過三級管和高精密基準電源結合，來實現其電流放大功能。

關鍵詞：三極管;放大電路

引言

在模擬量信號采集電路中，為了能夠使采集到的信號精度更高，往往需要為模擬量電路提供一個高精度的基準電源，通常情況下，根據需要輸出的電源的電流能力大小，基準電源的獲得有以下三種方式：1）使用專用精密基準電源芯片;2）專用精密基準電源芯片和運算放大器相結合;3）專用精密基準電源芯片和三極管相結合，下面，分別對三種方法進行詳細介紹。

1 專用精密基準電源芯片

一般情況下，在需要輸出的電源電壓的電流要求不高的情況下，我們使用專用的集成精密基準電源芯片即可實現，目前常用的專用精密基準電源芯片包括AD580、AD581、AD688等芯片。它們的區(qū)別在于輸出的電壓伏值不同，其中AD580輸出的電壓為2.5V，AD581輸出的電壓為+10V，而AD688輸出的電壓為±10V;使用中，根據所設計的電路所需要提供的電源電壓進行選擇。該類專用精密基準電源芯片輸出電壓精度高、體積小、重量輕，外圍電路一般搭配濾波電容即可使用，設計簡單。但其缺點也很明顯，其輸出的電源驅動能力較低，一般其輸出電流僅僅有5mA或10mA，一般情況下，5mA的電流即可滿足設計電路的供電要求，但有時，電路需要的高精度基準電源的驅動電流較大，則需要下面兩種電路實現。

2 專用精密基準電源芯片和運算放大器相結合的高精密電源電路

該電路適用于對高精密電源輸出的電流范圍在10mA～20mA范圍內的設計場景，其實現原理是在專用精密基準電源的輸出端連接OP400、OP200等運算放大器，其輸出的基準電壓通過運算放大器進行跟隨后再對外輸出。其利用了運算放大器組成的跟隨電路輸出電壓與輸入電壓相同的特點，由于運算放大器跟隨電路的電壓誤差僅為uV級別，因此，其輸出的電壓精度與前端的專用精密基準電源芯片的精度基本相同，同時，由于最終的電源電壓由運算放大器輸出，而OP400、OP200等運算放大器的輸出電流最大可達20mA，因此，通過專用精密基準電源芯片和運算放大器相結合的設計，可實現將電源芯片的驅動能力擴大2～4倍的目的，實現部分電路的供電需求。

3 專用精密基準電源芯片和三極管相結合的高精密電源電路

有時候，模擬量電路需要的高精度基準電源的驅動電流很大，20mA遠遠不能滿足要求，其需達到100mA甚至1A以上。這時，單個基準電源芯片或專用精密基準電源芯片和運算放大器相結合的高精密電源電路無法滿足要求，下面介紹一種專用精密基準電源芯片和三級管結合的高精密電源電路，其根據三級管的選擇，在保證電源精度的前提下，最大輸出電流可達到幾安培。

3.1 三極管介紹

三級管的全稱為半導體三極管，是一種電路設計中使用非常多的一種分立元器件，其由三個電極組成：基級、發(fā)射級和集電極?；売梅朆表示，發(fā)射級由符號E表示，集電極由符號C表示。

根據PN結排列方式的不同，三級管可分為NPN型三極管和PNP型三極管，其區(qū)別在于基級和發(fā)射級之間的導通電壓VBEset極性相反，其中NPN型三級管VBEset為正值，PNP型三極管的VBEset為負值。

根據三級管使用的材料不同，三級管可分為鍺管和硅管，其區(qū)別在于基級和發(fā)射級之間的導通電壓VBEset伏值不同，鍺管一般為0.3V，而硅管一般為0.7V，現在市場硅管較為常見。

三級管是一種電流放大器件，其能夠將基級電流i b放大為集電極電流i c，放大倍數為β，即i c=β·i b。具體的放大倍數與三級管的型號以及工作狀態(tài)有關。三極管工作電流會影響到三極管線性性能和功耗，電流越大則放大狀態(tài)的線性度越好，但同時功耗也越大。

根據三級管的特點，一般的設計電路中，三級管主要有兩個作用：1）開關作用，即通過控制三級管基級和發(fā)射級的導通狀態(tài)，控制其他電路的通斷，例如控制其他電壓信號的通斷等;2）電流放大作用，利用其電流放大器件的特性，實現電流放大的功能。本文中三級管和專用精密基準電源芯片結合的高精密電源電路即利用了該特性。

3.2? 基于三級管的高精密電源電流放大電路設計

基于三級管的高精密電源電流放大電路的設計，即利用了三極管集電極電流i c等于β倍i b的特點。選擇合適的功率三極管，將三級管與精密基準電源芯片連接，同時在三級管的集電極連接普通的大功率電源，然后通過控制三極管基級的電流大小，從而在三極管的發(fā)射級輸出與前端連接的精密基準電源芯片電壓相同，但電流是原來的n倍的高精度基準電源，實現高精度電源電流放大的功能，其電路示意圖見圖1所示。

圖1中的基準電源即為AD580、AD581和AD688等精密基準電源芯片，通過運算三級管對其進行電流放大，圖中的標號“電流放大后電源”即為擴流后的輸出，接外部需要大功率基準電源的負載。

圖中通過運算放大器跟隨電路的特點，保證輸出的擴流后電源的電壓值與基準電源的電壓值基本相同，避免電流放大后電壓精度降低。

“VCC”為外接的普通電源，使用常用的電源模塊即可，要求其電壓值應大于基準電源的電壓值，“VCC”與三極管集電極之間串聯(lián)電阻，其作用為分壓和限流。阻值不能過大，否則會導致發(fā)射級輸出的電流驅動能力不足，同時電阻阻值也不能太小，否則會導致該電路的功耗過大。

該電路可將原基準電源的5mA～10mA電流放大10倍至數百倍。實際運用中，根據要求輸出的驅動電流的大小，選擇合適放大倍數和功率的三級管，并選擇合適的電阻，保證驅動能力足夠。并建議通過電路仿真軟件進行仿真，確保涉及電路的正確性。

2.4.結語

本文介紹了三種高精度基準電源輸出電路的設計方法，其中，第一種方法最簡單，但其輸出的電源驅動能力最小，第三種方法基于三極管的電流放大電路設計最為復雜，使用元器件最多，但其輸出的電源驅動能力最高，實際使用中，根據使用的場景不同，選擇最為合適的方法。其中基于三級管的電流放大電路在硬件電路中使用非常廣泛，其設計過程需要理論結合實際，為了保證設計電路的合理性和正確性，具體參數的確定有時需要在合理的范圍內先進行假設，再進行仿真等手段進行驗證，通過適當調整達到最終理想的工作狀態(tài)。

參考文獻

[1]華成英.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]張晴，等.電子技術實驗[M].北京：高等教育出版社，2011.