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電流源(以及電流阱)——對順從電壓范圍的理解

發(fā)布時間:2014-9-4 17:08    發(fā)布者:eechina
關鍵詞: 電流源 , 電壓范圍
博文連載:看一個TI老工程師如何馴服精密放大器

作者:Bruce Trump  德州儀器 (TI) 資深模擬工程師

許多人在我們的論壇詢問如何進行各類電流源的設計——恒定電流、壓控電流、AC 電流、大電流、小電流、有源電流源以及無源電流阱等。一篇博文不可能說清所有這些內容。但是,我可以為您介紹一些基礎背景知識,并為您提供一些獲取更多詳情的鏈接地址。 重點是,電流源不可能在沒有必要電壓的情況下迫使電流流入負載。把某個電流源看作是一個電路,它對其輸出電壓進行調節(jié),以使預期電流流入負載。如果沒有 10V 的電壓,則您無法使 10Ma 的電流流入 1k-ohm 負載。或許更加重要的是,在沒有形成 1000V 輸出的情況下,您無法使 10Ma 的電流流入 100kΩ 負載。每過一段時間,就會有人問我們如何使用一些簡單的運算放大器電路,在沒有 1000V運算放大器甚至 1000V 電源的情況下完成上述不可能完成的任務。 正如我的同事所言:“這是歐姆定律,而非歐姆建議。” 這里的問題是,理解電流源的順從輸出電壓范圍。它是電路保持恒定電流的電壓范圍。我用圖 1 所示的電路作為示例(實際為一個電流阱)進行說明一下,它是一款經過無數工程師設計和改進的電路。



使用 REF1112 分路調節(jié)器(像齊納二極管,但為低壓),在運算放大器輸入端形成參考電壓。通過 R2 反饋重復形成相同的電壓。由于漏電流實際與源電流完全一樣,因此這樣便得到輸出電流。工程師們更喜歡“看圖片”,因此我鼓勵你們閱讀并理解該圖中的一些注釋。 圖 2 所示圖形模擬顯示了這種電路的恒流輸出電壓范圍。電壓源Vs 從 0V 上升至 30V。在這種情況下,負載電壓 VOUT 與 Vs 相同,即為 MOSFET漏極的電壓。需要注意的是,由于 Vs 從 0V 增加至 1.2V,輸出電流 Iout 也穩(wěn)定上升。在這一范圍,其電壓并不足以實現正常的運行。一旦 Vs 剛好達到 1.2V 以上,則電流以 1.25Ma 預期值進行調節(jié),從而保持 30V 恒定電壓。1.3V 到 30V 為該電流阱的恒流輸出電壓范圍。模擬過程在 30V 時停止,即所選 MOSFET 的額定電壓。使用更高電壓的 MOSFET 和更高的電源電壓,會極大增加該電流阱的恒流輸出電壓范圍。



電流源電路的類型數不勝數。所有這些電流源電路都有其恒流輸出電壓范圍限制。仔細思考,小心操作,您就可以選擇正確的電流源類型,并對其進行優(yōu)化,得到您需要的恒流輸出電壓范圍。
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