1.題主的電流源分析
電流源產(chǎn)生的電流流過(guò)正向二極管,此時(shí)系統(tǒng)的電壓U為:
按題主的意思,二極管是所謂“理想的”,因此它的正向電阻為零,于是有:
現(xiàn)在,我們把二極管反接,又因?yàn)槎O管是所謂“理想的“,因此二極管的反向電阻為無(wú)窮大。于是電流源兩端的電壓為Is與它內(nèi)阻的乘積。
我們當(dāng)然知道電流源的內(nèi)阻十分巨大,而所謂”理想的“電流源,其內(nèi)阻為無(wú)窮大,于是電流源會(huì)產(chǎn)生無(wú)窮大的電壓來(lái)。這個(gè)無(wú)窮大的電壓加在在二極管上,按道理,二極管會(huì)被這無(wú)窮大的電壓給擊穿,接著系統(tǒng)又恢復(fù)正常,Is流過(guò)擊穿的二極管并流向電阻R。
我不知道這種所謂的理想狀態(tài)的討論有何意義,恐怕只能滿足學(xué)生的好奇心吧。
2.實(shí)際電流源分析
如電源電壓為24V,穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓為6V。若電阻R1和R2均為10K,它們的分壓是3V,則晶體管基極的電壓為:
我們知道,晶體管的基射極間電壓為0.6V,因此晶體管發(fā)射極的電壓為:
設(shè),發(fā)射極電阻Rc的阻值是1.2K,于是,流過(guò)發(fā)射極電阻Rc的電流是:
晶體管T1的集電極電流近似等于發(fā)射極電流,于是晶體管T1的輸出電流為:
由于晶體管基極的電壓是固定不變的,因此我們知道,晶體管的輸出電流當(dāng)然也不會(huì)變化,并且與它的負(fù)載Rc的值無(wú)關(guān)。換句話說(shuō),此電路就是一個(gè)恒流源。
設(shè),電阻Rc=8.2K,于是它兩端的電壓為2X8.2=16.4V。由此我們知道,晶體管T1的管壓降為:
這5.2V就是此恒流源能夠?qū)崿F(xiàn)恒流的本錢(qián)。
當(dāng)電阻Rc增大時(shí),它兩端的電壓會(huì)增大。例如我們將它的電阻增加到10K,于是晶體管T1的管壓降為:
我們看到,這里的關(guān)系完全滿足電流源的基本特征:負(fù)載電阻越大,負(fù)載電阻上的電壓當(dāng)然也越大,但此時(shí)T1的管壓降已經(jīng)大幅跌落。
我們知道,當(dāng)晶體管飽和時(shí),它的管壓降是0.3V。據(jù)此,我們來(lái)計(jì)算一下電阻Rc的最大值是多少:
如果負(fù)載電阻Rc的阻值變小,例如只有原先的一半左右,即4.2K,又會(huì)發(fā)生什么情況?
我們看到,管壓降增加了。如此看來(lái),若負(fù)載電阻繼續(xù)減小,管壓降還會(huì)增加。因此,晶體管的耐壓必須滿足要求,否則會(huì)被擊穿。
我們來(lái)看看當(dāng)Rc=0時(shí)的管壓降是多少:
可見(jiàn),此晶體管的管壓降必須大于21.6V,否則此晶體管會(huì)被擊穿。
通過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算,我們由此得知,恒流源所接的負(fù)載電阻是有范圍限制的。
3.把二極管接入實(shí)際恒流源電路會(huì)發(fā)生什么?
我們知道,所謂的理想二極管,其正向壓降為零,反向壓降為無(wú)窮大,因此我們可以用普通的開(kāi)關(guān)來(lái)模擬。
當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí),相當(dāng)于二極管處于正向接法,此時(shí)恒流源的電流變化情況正如第2條分析的結(jié)果。
當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí),晶體管T1的集電極開(kāi)路,這時(shí)會(huì)怎樣?答案是,不會(huì)怎樣,晶體管的集電極電流為零,晶體管的特性確保了不會(huì)強(qiáng)制性地恒流輸出2毫安的電流,以此保障了系統(tǒng)安全。
結(jié)論:
由以上計(jì)算可知,電流源在負(fù)載電阻變大變小時(shí),負(fù)載的上電壓也會(huì)變大變小,并且是以電流源自身的壓降變化為代價(jià)的。
電流源對(duì)負(fù)載供電時(shí),作為代價(jià)的就是它自身的壓降!
非常想對(duì)題主說(shuō),別再用什么理想電流源、理想二極管來(lái)難為自己了,還是實(shí)際一些。
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