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电流源(以及电流阱)——对顺从电压范围的理解

时间:2019-08-09 作者:Bruce Trump 阅读:
许多人在我们的论坛询问如何进行各类电流源的设计——恒定电流、压控电流、AC电流、大电流、小电流、有源电流源以及无源电流阱等。一篇博文不可能说清所有这些内容。但是,我可以为您介绍一些基础背景知识,并为您提供一些获取更多详情的链接地址。

许多人在我们的论坛询问如何进行各类电流源的设计——恒定电流、压控电流、AC电流、大电流、小电流、有源电流源以及无源电流阱等。一篇博文不可能说清所有这些内容。但是,我可以为您介绍一些基础背景知识,并为您提供一些获取更多详情的链接地址。重点是,电流源不可能在没有必要电压的情况下迫使电流流入负载。把某个电流源看作是一个电路,它对其输出电压进行调节,以使预期电流流入负载。如果没有10V的电压,则您无法使10mA的电流流入1kΩ负载。或许更加重要的是,在没有形成1000V输出的情况下,您无法使10mA的电流流入100kΩ负载。每过一段时间,就会有人问我们如何使用一些简单的运算放大器电路,在没有1000V运算放大器甚至1000V电源的情况下完成上述不可能完成的任务。正如我的同事所言:“这是欧姆定律,而非欧姆建议。”这里的问题是,理解电流源的顺从输出电压范围。它是电路保持恒定电流的电压范围。我用图1所示的电路作为示例(实际为一个电流阱)进行说明一下,它是一款经过无数工程师设计和改进的电路。

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使用REF1112分路调节器(像齐纳二极管,但为低压),在运算放大器输入端形成参考电压。通过R2反馈重复形成相同的电压。由于漏电流实际与源电流完全一样,因此这样便得到输出电流。工程师们更喜欢“看图片”,因此我鼓励你们阅读并理解该图中的一些注释。图2所示图形模拟显示了这种电路的恒流输出电压范围。电压源Vs从0V上升至30V。在这种情况下,负载电压VOUT与Vs相同,即为MOSFET漏极的电压。需要注意的是,由于Vs从0V增加至1.2V,输出电流Iout也稳定上升。在这一范围,其电压并不足以实现正常的运行。一旦Vs刚好达到1.2V以上,则电流以1.25mA预期值进行调节,从而保持30V恒定电压。1.3V到30V为该电流阱的恒流输出电压范围。模拟过程在30V时停止,即所选MOSFET的额定电压。使用更高电压的MOSFET和更高的电源电压,会极大增加该电流阱的恒流输出电压范围。

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电流源电路的类型数不胜数。所有这些电流源电路都有其恒流输出电压范围限制。仔细思考,小心操作,您就可以选择正确的电流源类型,并对其进行优化,得到您需要的恒流输出电压范围。

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