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摘要：我们在模拟量电路设计过程中，通常需要为模拟量电路提供高精度的基准电源，为了能够得到较大驱动能力的基准电源，需要对电流进行放大，一般通过三级管和高精密基准电源结合，来实现其电流放大功能。
关键词：三极管;放大电路
引言
在模拟量信号采集电路中，为了能够使采集到的信号精度更高，往往需要为模拟量电路提供一个高精度的基准电源，通常情况下，根据需要输出的电源的电流能力大小，基准电源的获得有以下三种方式：1）使用专用精密基准电源芯片;2）专用精密基准电源芯片和运算放大器相结合;3）专用精密基准电源芯片和三极管相结合，下面，分别对三种方法进行详细介绍。
1 专用精密基准电源芯片
一般情况下，在需要输出的电源电压的电流要求不高的情况下，我们使用专用的集成精密基准电源芯片即可实现，目前常用的专用精密基准电源芯片包括AD580、AD581、AD688等芯片。它们的区别在于输出的电压伏值不同，其中AD580输出的电压为2.5V，AD581输出的电压为+10V，而AD688输出的电压为±10V;使用中，根据所设计的电路所需要提供的电源电压进行选择。该类专用精密基准电源芯片输出电压精度高、体积小、重量轻，外围电路一般搭配滤波电容即可使用，设计简单。但其缺点也很明显，其输出的电源驱动能力较低，一般其输出电流仅仅有5mA或10mA，一般情况下，5mA的电流即可满足设计电路的供电要求，但有时，电路需要的高精度基准电源的驱动电流较大，则需要下面两种电路实现。
2 专用精密基准电源芯片和运算放大器相结合的高精密电源电路
该电路适用于对高精密电源输出的电流范围在10mA～20mA范围内的设计场景，其实现原理是在专用精密基准电源的输出端连接OP400、OP200等运算放大器，其输出的基准电压通过运算放大器进行跟随后再对外输出。其利用了运算放大器组成的跟随电路输出电压与输入电压相同的特点，由于运算放大器跟随电路的电压误差仅为uV级别，因此，其输出的电压精度与前端的专用精密基准电源芯片的精度基本相同，同时，由于最终的电源电压由运算放大器输出，而OP400、OP200等运算放大器的输出电流最大可达20mA，因此，通过专用精密基准电源芯片和运算放大器相结合的设计，可实现将电源芯片的驱动能力扩大2～4倍的目的，实现部分电路的供电需求。
3 专用精密基准电源芯片和三极管相结合的高精密电源电路
有时候，模拟量电路需要的高精度基准电源的驱动电流很大，20mA远远不能满足要求，其需达到100mA甚至1A以上。这时，单个基准电源芯片或专用精密基准电源芯片和运算放大器相结合的高精密电源电路无法满足要求，下面介绍一种专用精密基准电源芯片和三级管结合的高精密电源电路，其根据三级管的选择，在保证电源精度的前提下，最大输出电流可达到几安培。
3.1 三极管介绍
三级管的全称为半导体三极管，是一种电路设计中使用非常多的一种分立元器件，其由三个电极组成：基级、发射级和集电极。基级用符号B表示，发射级由符号E表示，集电极由符号C表示。
根据PN结排列方式的不同，三级管可分为NPN型三极管和PNP型三极管，其区别在于基级和发射级之间的导通电压VBEset极性相反，其中NPN型三级管VBEset为正值，PNP型三极管的VBEset为负值。
根据三级管使用的材料不同，三级管可分为锗管和硅管，其区别在于基級和发射级之间的导通电压VBEset伏值不同，锗管一般为0.3V，而硅管一般为0.7V，现在市场硅管较为常见。
三级管是一种电流放大器件，其能够将基级电流i b放大为集电极电流i c，放大倍数为β，即i c=β·i b。具体的放大倍数与三级管的型号以及工作状态有关。三极管工作电流会影响到三极管线性性能和功耗，电流越大则放大状态的线性度越好，但同时功耗也越大。
根据三级管的特点，一般的设计电路中，三级管主要有两个作用：1）开关作用，即通过控制三级管基级和发射级的导通状态，控制其他电路的通断，例如控制其他电压信号的通断等;2）电流放大作用，利用其电流放大器件的特性，实现电流放大的功能。本文中三级管和专用精密基准电源芯片结合的高精密电源电路即利用了该特性。
3.2 基于三级管的高精密电源电流放大电路设计
基于三级管的高精密电源电流放大电路的设计，即利用了三极管集电极电流i c等于β倍i b的特点。选择合适的功率三极管，将三级管与精密基准电源芯片连接，同时在三级管的集电极连接普通的大功率电源，然后通过控制三极管基级的电流大小，从而在三极管的发射级输出与前端连接的精密基准电源芯片电压相同，但电流是原来的n倍的高精度基准电源，实现高精度电源电流放大的功能，其电路示意图见图1所示。
图1中的基准电源即为AD580、AD581和AD688等精密基准电源芯片，通过运算三级管对其进行电流放大，图中的标号“电流放大后电源”即为扩流后的输出，接外部需要大功率基准电源的负载。
图中通过运算放大器跟随电路的特点，保证输出的扩流后电源的电压值与基准电源的电压值基本相同，避免电流放大后电压精度降低。
“VCC”为外接的普通电源，使用常用的电源模块即可，要求其电压值应大于基准电源的电压值，“VCC”与三极管集电极之间串联电阻，其作用为分压和限流。阻值不能过大，否则会导致发射级输出的电流驱动能力不足，同时电阻阻值也不能太小，否则会导致该电路的功耗过大。
该电路可将原基准电源的5mA～10mA电流放大10倍至数百倍。实际运用中，根据要求输出的驱动电流的大小，选择合适放大倍数和功率的三级管，并选择合适的电阻，保证驱动能力足够。并建议通过电路仿真软件进行仿真，确保涉及电路的正确性。
2.4.结语
本文介绍了三种高精度基准电源输出电路的设计方法，其中，第一种方法最简单，但其输出的电源驱动能力最小，第三种方法基于三极管的电流放大电路设计最为复杂，使用元器件最多，但其输出的电源驱动能力最高，实际使用中，根据使用的场景不同，选择最为合适的方法。其中基于三级管的电流放大电路在硬件电路中使用非常广泛，其设计过程需要理论结合实际，为了保证设计电路的合理性和正确性，具体参数的确定有时需要在合理的范围内先进行假设，再进行仿真等手段进行验证，通过适当调整达到最终理想的工作状态。
参考文献
[1]华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006.
[2]张晴，等.电子技术实验[M].北京：高等教育出版社，2011.
关键词：三极管;放大电路
引言
在模拟量信号采集电路中，为了能够使采集到的信号精度更高，往往需要为模拟量电路提供一个高精度的基准电源，通常情况下，根据需要输出的电源的电流能力大小，基准电源的获得有以下三种方式：1）使用专用精密基准电源芯片;2）专用精密基准电源芯片和运算放大器相结合;3）专用精密基准电源芯片和三极管相结合，下面，分别对三种方法进行详细介绍。
1 专用精密基准电源芯片
一般情况下，在需要输出的电源电压的电流要求不高的情况下，我们使用专用的集成精密基准电源芯片即可实现，目前常用的专用精密基准电源芯片包括AD580、AD581、AD688等芯片。它们的区别在于输出的电压伏值不同，其中AD580输出的电压为2.5V，AD581输出的电压为+10V，而AD688输出的电压为±10V;使用中，根据所设计的电路所需要提供的电源电压进行选择。该类专用精密基准电源芯片输出电压精度高、体积小、重量轻，外围电路一般搭配滤波电容即可使用，设计简单。但其缺点也很明显，其输出的电源驱动能力较低，一般其输出电流仅仅有5mA或10mA，一般情况下，5mA的电流即可满足设计电路的供电要求，但有时，电路需要的高精度基准电源的驱动电流较大，则需要下面两种电路实现。
2 专用精密基准电源芯片和运算放大器相结合的高精密电源电路
该电路适用于对高精密电源输出的电流范围在10mA～20mA范围内的设计场景，其实现原理是在专用精密基准电源的输出端连接OP400、OP200等运算放大器，其输出的基准电压通过运算放大器进行跟随后再对外输出。其利用了运算放大器组成的跟随电路输出电压与输入电压相同的特点，由于运算放大器跟随电路的电压误差仅为uV级别，因此，其输出的电压精度与前端的专用精密基准电源芯片的精度基本相同，同时，由于最终的电源电压由运算放大器输出，而OP400、OP200等运算放大器的输出电流最大可达20mA，因此，通过专用精密基准电源芯片和运算放大器相结合的设计，可实现将电源芯片的驱动能力扩大2～4倍的目的，实现部分电路的供电需求。
3 专用精密基准电源芯片和三极管相结合的高精密电源电路
有时候，模拟量电路需要的高精度基准电源的驱动电流很大，20mA远远不能满足要求，其需达到100mA甚至1A以上。这时，单个基准电源芯片或专用精密基准电源芯片和运算放大器相结合的高精密电源电路无法满足要求，下面介绍一种专用精密基准电源芯片和三级管结合的高精密电源电路，其根据三级管的选择，在保证电源精度的前提下，最大输出电流可达到几安培。
3.1 三极管介绍
三级管的全称为半导体三极管，是一种电路设计中使用非常多的一种分立元器件，其由三个电极组成：基级、发射级和集电极。基级用符号B表示，发射级由符号E表示，集电极由符号C表示。
根据PN结排列方式的不同，三级管可分为NPN型三极管和PNP型三极管，其区别在于基级和发射级之间的导通电压VBEset极性相反，其中NPN型三级管VBEset为正值，PNP型三极管的VBEset为负值。
根据三级管使用的材料不同，三级管可分为锗管和硅管，其区别在于基級和发射级之间的导通电压VBEset伏值不同，锗管一般为0.3V，而硅管一般为0.7V，现在市场硅管较为常见。
三级管是一种电流放大器件，其能够将基级电流i b放大为集电极电流i c，放大倍数为β，即i c=β·i b。具体的放大倍数与三级管的型号以及工作状态有关。三极管工作电流会影响到三极管线性性能和功耗，电流越大则放大状态的线性度越好，但同时功耗也越大。
根据三级管的特点，一般的设计电路中，三级管主要有两个作用：1）开关作用，即通过控制三级管基级和发射级的导通状态，控制其他电路的通断，例如控制其他电压信号的通断等;2）电流放大作用，利用其电流放大器件的特性，实现电流放大的功能。本文中三级管和专用精密基准电源芯片结合的高精密电源电路即利用了该特性。
3.2 基于三级管的高精密电源电流放大电路设计
基于三级管的高精密电源电流放大电路的设计，即利用了三极管集电极电流i c等于β倍i b的特点。选择合适的功率三极管，将三级管与精密基准电源芯片连接，同时在三级管的集电极连接普通的大功率电源，然后通过控制三极管基级的电流大小，从而在三极管的发射级输出与前端连接的精密基准电源芯片电压相同，但电流是原来的n倍的高精度基准电源，实现高精度电源电流放大的功能，其电路示意图见图1所示。
图1中的基准电源即为AD580、AD581和AD688等精密基准电源芯片，通过运算三级管对其进行电流放大，图中的标号“电流放大后电源”即为扩流后的输出，接外部需要大功率基准电源的负载。
图中通过运算放大器跟随电路的特点，保证输出的扩流后电源的电压值与基准电源的电压值基本相同，避免电流放大后电压精度降低。
“VCC”为外接的普通电源，使用常用的电源模块即可，要求其电压值应大于基准电源的电压值，“VCC”与三极管集电极之间串联电阻，其作用为分压和限流。阻值不能过大，否则会导致发射级输出的电流驱动能力不足，同时电阻阻值也不能太小，否则会导致该电路的功耗过大。
该电路可将原基准电源的5mA～10mA电流放大10倍至数百倍。实际运用中，根据要求输出的驱动电流的大小，选择合适放大倍数和功率的三级管，并选择合适的电阻，保证驱动能力足够。并建议通过电路仿真软件进行仿真，确保涉及电路的正确性。
2.4.结语
本文介绍了三种高精度基准电源输出电路的设计方法，其中，第一种方法最简单，但其输出的电源驱动能力最小，第三种方法基于三极管的电流放大电路设计最为复杂，使用元器件最多，但其输出的电源驱动能力最高，实际使用中，根据使用的场景不同，选择最为合适的方法。其中基于三级管的电流放大电路在硬件电路中使用非常广泛，其设计过程需要理论结合实际，为了保证设计电路的合理性和正确性，具体参数的确定有时需要在合理的范围内先进行假设，再进行仿真等手段进行验证，通过适当调整达到最终理想的工作状态。
参考文献
[1]华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006.
[2]张晴，等.电子技术实验[M].北京：高等教育出版社，2011.