电流源（以及电流阱）——对顺从电压范围的理解

rakjkl · 发表于 2019-8-12 17:40:49

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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