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  • 运算放大器和MOS管组成的恒流源电路详解
    • 发布时间:2022-11-23 18:33:41
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    运算放大器和MOS管组成的恒流源电路详解
    恒流源电路图
    这是一种由运放组成的恒流源电路。
    运算放大器 MOS管 恒流源电路
    原理分析:
    1. OPA
    OPA (集成运算放大器)具有开源增益高,输入阻抗大,输出阻抗小的特点。
    2. MOS管工作原理
    我们知道三极管是利用 Ib 的电流控制 IC 的电流,属于电流控制电流器件。
    而MOS则是利用Ugs的电压去控制电流 Id 的,所以说 MOS 管是电压控制电流的器件。
    运算放大器 MOS管 恒流源电路
    对于N沟道增强型的MOS管,当Ugs>Ugs(th)时,MOS就会开始导通,如果在D极和S极之间加上一定的电压,就会有电流Id产生。
    在一定的Uds下,D极电流Id的大小是与G极电压Ugs有关的。
    我们先来看一下MOS管的输出特性曲线,MOS管的输出特性可以分为三个区:截止区、恒流区、可变电阻区。
    运算放大器 MOS管 恒流源电路
    截止区 :当满足 Ugs
    截止区在输出特性最下面靠近横坐标的部分,表示MOS管不能导电,处在截止状态。截止区也叫夹断区,在该区时沟道全部夹断,电流Id为0,管子不工作。
    恒流区 :当满足 Ugs≥Ugs(th) ,且 Uds≥Ugs-Ugs(th),MOS管进入恒流区。
    恒流区在输出特性曲线中间的位置, 电流Id基本不随Uds变化,Id的大小主要决定于电压Ugs,所以叫做恒流区,也叫饱和区,当MOS用来做放大电路时就是工作在恒流区(饱和区)。
    注:MOS管输出特性的恒流区(饱和区),相当于三极管的放大区。
    可变电阻区 :当满足 Ugs>Ugs(th),且 Uds
    可变电阻区在输出特性的最左边, Id随着Uds的增加而上升,两者基本上是线性关系 ,所以可以看作是一个线性电阻,当Ugs不同电阻的阻值就会不同,所以在该区MOS管相当就是一个由Ugs控制的可变电阻。
    击穿区在输出特性左边区域,随着Uds增大,PN结承受太大的反向电压而被击穿,工作时应该避免让管子工作在该区域。
    根据MOS管的输出特性曲线,比如下图是取Uds=10V的点,然后用作图的方法,可取得到相应的 转移特性曲线 。
    运算放大器 MOS管 恒流源电路
    转移特性是表示Uds不变时,Id与Ugs之间的关系。
    在上图的转移特性曲线上,我们可以看到当Ugs大于4V时,Id大幅度增加,而当Ugs到达5V以上时,Id基本没有什么大变化了。
    恒流源工作原理
    此电路是一个负反馈电路,由采样电阻R3实时反馈负载电流,当负载电流变大时,运放反相输入端的电压比正相输入端的电压高,运放输出低电平,使三极管截止,触使负载电流减小;
    当负载电流变小时,运放反相输入端的电压比正相输入端的电压低,运放输出高电平,使三极管导通,触使负载电流曾大。因此,负载电流经过采样电阻的实时反馈下最终达成恒定的稳定电流。
    电阻R2起缓冲限流的作用,一般选取1K~100K之间;通过调节电位器RP即可改变恒流源电流的大小,可以根据实际需求选择合适的电位器及电阻大小;稳压管D的作用是为电位器提供恒定的电压,防止因为电源的波动而引起运放正输入端电压不稳定,导致负载电流有波动。
    三极管Q1为NPN类型,使用时根据实际电压、电流的要求选择合适的三极管,若功率大需考虑散热的要求,做好散热措施。
    此电路看似简单,实际原理是当采样电阻的电压变化时,直接反馈到运放的反相输入端,它与同相输入端电压的差值被运放放大,输出控制三极管的基极电流,改变三极管的内阻,从而改变发射极与集电极间的电压降,从而使采样电阻的电压保持不变,以达到负载电流恒定的目的。
    此处的三极管处于放大区, 随着输入端电压差值被运放放大,使得三极管的导通程度不一样,通俗一点就是,电流大了,少导通一点,电流小了,多导通一点。
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