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科普知識
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FFC連接器

如何設計任意大小的電流源

發布日期:2022-04-20 點擊率:63


電流源的內阻相對負載阻抗很大,負載阻抗波動不會改變電流大小。在電流源回路中串聯電阻無意義,因為它不會改變負載的電流,也不會改變負載上的電壓。在原理圖上這類電阻應簡化掉。負載阻抗只有并聯在電流源上才有意義,與內阻是分流關系。

由于內阻等多方面的原因,理想電流源在真實世界是不存在的,但這樣一個模型對于電路分析是十分有價值的。實際上,如果一個電流源在電壓變化時,電流的波動不明顯,我們通常就假定它是一個理想電流源。

電流源和灌電流是模擬設計的重要組成部分,從有源模擬電路的簡單偏置到電流電容積分器復位和振蕩器架構。理想電流源,是從實際電源抽象出來的一種模型,其端鈕總能向外部提供一定的電流而不論其兩端的電壓為多少,電流源具有兩個基本的性質:第一,它提供的電流是定值I或是一定的時間函數I(t)與兩端的電壓無關。第二,電流源自身電流是確定的,而它兩端的電壓是任意的。用于實現電流源和接收器的方便拓撲利用由運算放大器驅動的場效應晶體管 (FET) 從小串聯電阻的反饋中產生電流。圖 1 描述了這種拓撲。

如何設計任意大小的電流源

圖 1:反饋產生的電流源和灌電流電路

如圖 1 所示,兩個電路都使用負反饋在 R SET電阻上施加電壓,從而產生以下拉電流和灌電流(等式 1 和 2):

如何設計任意大小的電流源

為使這些電流可用作 DC,上述等式 1 和 2 中的分子必須是恒定的。實現這一點的最簡單方法是使用分流參考電壓,如圖 2 所示。

如何設計任意大小的電流源

圖 2:反饋產生的電流源和灌電流電路

請注意,在圖 2 中,R LIM電阻器用于降低過多的輸入電壓并限制通過電壓基準的電流。此外,與陰極參考相連的可調電壓參考(例如LMV431)將反饋電壓強制為最小值——這提供了一個重要的優勢,我將在稍后探討。等式 1 和 2 現在可以重寫為:

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等式 3 和 4 可以組合(因為它們是相同的)并重寫為等式 5,以求解產生任意源電流或灌電流 I SET所需的 R SET值:

如何設計任意大小的電流源

此拓撲的輸出電壓范圍受到 FET 和 R SET電阻器之間必須保持的裕量的限制。這就是最小化強制反饋電壓的原因——最小化強制反饋電壓可以最大化有效輸出電壓范圍。等式 6 和 7 描述了有效輸出電壓區域內外的電流源和灌電流行為。

如何設計任意大小的電流源

任何可調電壓基準的內部VREF大約為 1.24V。通過帶隙參考產生,這個特定的電壓最終將定義這個拓撲的總體限制。為了演示,圖 3 是 R SET值為 124Ω的示例電流吸收特性(包括線性電流壓降) 。

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在這種拓撲結構中用雙極結型晶體管 (BJT) 代替 FET 可能會導致略微更高的凈空要求,盡管最終這種替代的行為應該幾乎相同。

理想電流源是電路理論中的基本要素。盡管任何物理實現總是達不到理想狀態,但了解這些缺點背后的機制是很有價值的,因此可以減輕或避免它們。在這種拓撲的情況下,我們已經看到了輸出電壓范圍如何影響輸出電流,以及電壓參考選擇在最小化這種影響方面所起的重要作用。




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