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      6. 運算放大器和MOS管組成的恒流源電路詳解
        • 發布時間:2022-11-23 18:33:41
        • 來源:
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        運算放大器和MOS管組成的恒流源電路詳解
        恒流源電路圖
        這是一種由運放組成的恒流源電路。
        運算放大器 MOS管 恒流源電路
        原理分析:
        1. OPA
        OPA (集成運算放大器)具有開源增益高,輸入阻抗大,輸出阻抗小的特點。
        2. MOS管工作原理
        我們知道三極管是利用 Ib 的電流控制 IC 的電流,屬于電流控制電流器件。
        而MOS則是利用Ugs的電壓去控制電流 Id 的,所以說 MOS 管是電壓控制電流的器件。
        運算放大器 MOS管 恒流源電路
        對于N溝道增強型的MOS管,當Ugs>Ugs(th)時,MOS就會開始導通,如果在D極和S極之間加上一定的電壓,就會有電流Id產生。
        在一定的Uds下,D極電流Id的大小是與G極電壓Ugs有關的。
        我們先來看一下MOS管的輸出特性曲線,MOS管的輸出特性可以分為三個區:截止區、恒流區、可變電阻區。
        運算放大器 MOS管 恒流源電路
        截止區 :當滿足 Ugs<Ugs(th),MOS管進入截止區。
        截止區在輸出特性最下面靠近橫坐標的部分,表示MOS管不能導電,處在截止狀態。截止區也叫夾斷區,在該區時溝道全部夾斷,電流Id為0,管子不工作。
        恒流區 :當滿足 Ugs≥Ugs(th) ,且 Uds≥Ugs-Ugs(th),MOS管進入恒流區。
        恒流區在輸出特性曲線中間的位置, 電流Id基本不隨Uds變化,Id的大小主要決定于電壓Ugs,所以叫做恒流區,也叫飽和區,當MOS用來做放大電路時就是工作在恒流區(飽和區)。
        注:MOS管輸出特性的恒流區(飽和區),相當于三極管的放大區。
        可變電阻區 :當滿足 Ugs>Ugs(th),且 Uds<Ugs-Ugs(th),MOS管進入可變電阻區。
        可變電阻區在輸出特性的最左邊, Id隨著Uds的增加而上升,兩者基本上是線性關系 ,所以可以看作是一個線性電阻,當Ugs不同電阻的阻值就會不同,所以在該區MOS管相當就是一個由Ugs控制的可變電阻。
        擊穿區在輸出特性左邊區域,隨著Uds增大,PN結承受太大的反向電壓而被擊穿,工作時應該避免讓管子工作在該區域。
        根據MOS管的輸出特性曲線,比如下圖是取Uds=10V的點,然后用作圖的方法,可取得到相應的 轉移特性曲線 。
        運算放大器 MOS管 恒流源電路
        轉移特性是表示Uds不變時,Id與Ugs之間的關系。
        在上圖的轉移特性曲線上,我們可以看到當Ugs大于4V時,Id大幅度增加,而當Ugs到達5V以上時,Id基本沒有什么大變化了。
        恒流源工作原理
        此電路是一個負反饋電路,由采樣電阻R3實時反饋負載電流,當負載電流變大時,運放反相輸入端的電壓比正相輸入端的電壓高,運放輸出低電平,使三極管截止,觸使負載電流減??;
        當負載電流變小時,運放反相輸入端的電壓比正相輸入端的電壓低,運放輸出高電平,使三極管導通,觸使負載電流曾大。因此,負載電流經過采樣電阻的實時反饋下最終達成恒定的穩定電流。
        電阻R2起緩沖限流的作用,一般選取1K~100K之間;通過調節電位器RP即可改變恒流源電流的大小,可以根據實際需求選擇合適的電位器及電阻大??;穩壓管D的作用是為電位器提供恒定的電壓,防止因為電源的波動而引起運放正輸入端電壓不穩定,導致負載電流有波動。
        三極管Q1為NPN類型,使用時根據實際電壓、電流的要求選擇合適的三極管,若功率大需考慮散熱的要求,做好散熱措施。
        此電路看似簡單,實際原理是當采樣電阻的電壓變化時,直接反饋到運放的反相輸入端,它與同相輸入端電壓的差值被運放放大,輸出控制三極管的基極電流,改變三極管的內阻,從而改變發射極與集電極間的電壓降,從而使采樣電阻的電壓保持不變,以達到負載電流恒定的目的。
        此處的三極管處于放大區, 隨著輸入端電壓差值被運放放大,使得三極管的導通程度不一樣,通俗一點就是,電流大了,少導通一點,電流小了,多導通一點。
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