在电子电路设计中，恒流源和恒压源是两种至关重要的电源类型，它们分别能为负载提供稳定的电流和电压。以下将详细解析这两种电源的典型电路。
## 一、恒压源
### （一）采用线性稳压器的恒压源电路
1. **电路组成**
- 以常见的 78XX 系列线性稳压器为例，如 7805。它主要有输入引脚、输出引脚和接地引脚。
- 输入引脚连接到未经稳定的直流电压源，例如将一个较高电压的变压器交流输出经过整流桥整流后得到的直流电压。整流桥通常由四个二极管组成，可将交流电转换为直流电。
- 输出引脚连接负载电阻，为负载提供稳定的电压。
- 接地引脚确保电路有共同的参考电位。
2. **工作原理**
- 当输入电压在一定范围内变化时，线性稳压器通过内部的调整管和反馈网络来维持输出电压的稳定。例如，如果输入电压升高，调整管会根据反馈信号减小导通程度，从而限制输出电压的上升；反之，如果输入电压降低，调整管会增大导通程度，以补偿电压的下降。
- 以 7805 为例，其内部设定的输出电压为 +5V。只要输入电压高于 7805 的工作电压范围（一般为 7 - 35V），并且负载电流在额定范围内，就能在输出端得到稳定的 +5V 电压。这种电路简单可靠，适用于对电压稳定性要求较高、负载电流不大的场合。
### （二）开关型恒压源电路
1. **电路组成**
- 包括开关管（如 MOSFET）、PWM（脉宽调制）控制器、反馈电路和滤波电路。
- 开关管连接在输入电源和负载之间，PWM 控制器根据反馈信号调节开关管的导通和截止时间。
- 反馈电路通常采用光耦隔离器等元件，将输出电压的一部分反馈到 PWM 控制器，与基准电压进行比较。
- 滤波电路一般由电感和电容组成，用于平滑开关管工作产生的高频脉冲电压，使输出电压更加稳定。
2. **工作原理**
- 当输出电压低于设定值时，PWM 控制器会增加开关管的导通时间，使得更多的电能传递到负载，从而提高输出电压；反之，当输出电压高于设定值时，减少开关管的导通时间。
- 例如，在一个采用 BUCK 拓扑结构的开关型恒压源中，输入电压为 12V，通过调节开关管的占空比，可以将输出电压稳定在 5V。开关管在 PWM 信号的控制下快速导通和截止，电感在开关管导通时储存能量，在开关管截止时释放能量，与电容配合，将输出电压的纹波控制在较小范围内，实现稳定的恒压输出。这种电路效率较高，适用于大功率、大电流的应用场合。
## 二、恒流源
### （一）基于晶体管的恒流源电路
1. **电路组成**
- 以三极管为例，需要两个三极管 Q1 和 Q2，以及相关的电阻。
- 三极管 Q1 的基极通过电阻 R1 连接到一个稳定的基准电压源（可以是稳压二极管提供的电压）。
- Q1 的集电极连接到 Q2 的基极，Q2 的发射极接地，集电极作为恒流源的输出端连接到负载电阻。
2. **工作原理**
- 当负载电阻变化时，Q1 的基极电流基本保持不变（由 R1 和基准电压决定）。由于 Q1 和 Q2 构成达林顿结构，Q2 的集电极电流与 Q1 的基极电流成比例关系，从而实现输出电流的稳定。
- 例如，若基准电压为 1V，R1 = 1kΩ，则 Q1 的基极电流约为 1mA。假设 Q1 和 Q2 的电流放大倍数分别为 β1 和 β2，那么 Q2 的集电极电流（即输出电流）约为 β1β2 × 1mA。只要三极管工作在合适的放大区，当负载电阻在一定范围内变化时，输出电流基本保持恒定。这种电路结构简单，但受三极管特性的影响，恒流精度有限。
### （二）采用运算放大器的恒流源电路
1. **电路组成**
- 包括运算放大器、采样电阻、负载电阻和功率晶体管。
- 运算放大器的反相输入端通过采样电阻连接到负载电流的输出端，同相输入端连接到一个稳定的基准电压。
- 功率晶体管连接在运算放大器的输出端和负载之间，根据运算放大器的输出信号控制负载电流。
2. **工作原理**
- 运算放大器根据基准电压和采样电阻上的电压降来调整功率晶体管的基极或栅极电流，从而使负载电流保持恒定。
- 例如，当负载电阻增大导致负载电流有减小趋势时，采样电阻上的电压降减小，运算放大器的输出会使功率晶体管的基极或栅极电流增大，进而增大负载电流，以维持恒定的电流输出。这种电路恒流精度高，适用于对恒流精度要求较高的场合，但电路相对复杂一些。