運(yùn)算放大器與MOS管組成的恒流源電路-KIA MOS管

恒流源電路圖

這是一種由運(yùn)放組成的恒流源電路。

原理分析：

1. OPA

OPA （集成運(yùn)算放大器）具有開源增益高，輸入阻抗大，輸出阻抗小的特點(diǎn)。

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。

對(duì)于N溝道增強(qiáng)型的MOS管，當(dāng)Ugs>Ugs(th)時(shí)，MOS就會(huì)開始導(dǎo)通，如果在D極和S極之間加上一定的電壓,就會(huì)有電流Id產(chǎn)生。

在一定的Uds下，D極電流Id的大小是與G極電壓Ugs有關(guān)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(gè)區(qū)：截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)。

截止區(qū) ：當(dāng)滿足 Ugs<Ugs(th)，MOS管進(jìn)入截止區(qū)。

截止區(qū)在輸出特性最下面靠近橫坐標(biāo)的部分，表示MOS管不能導(dǎo)電，處在截止?fàn)顟B(tài)。截止區(qū)也叫夾斷區(qū)，在該區(qū)時(shí)溝道全部夾斷，電流Id為0，管子不工作。

恒流區(qū) ：當(dāng)滿足 Ugs≥Ugs(th) ，且 Uds≥Ugs-Ugs(th)，MOS管進(jìn)入恒流區(qū)。

恒流區(qū)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(qū)，也叫飽和區(qū)，當(dāng)MOS用來做放大電路時(shí)就是工作在恒流區(qū)（飽和區(qū)）。

注：MOS管輸出特性的恒流區(qū)（飽和區(qū)），相當(dāng)于三極管的放大區(qū)。

可變電阻區(qū) ：當(dāng)滿足 Ugs>Ugs(th)，且 Uds<Ugs-Ugs(th)，MOS管進(jìn)入可變電阻區(qū)。

可變電阻區(qū)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(guān)系 ，所以可以看作是一個(gè)線性電阻，當(dāng)Ugs不同電阻的阻值就會(huì)不同，所以在該區(qū)MOS管相當(dāng)就是一個(gè)由Ugs控制的可變電阻。

擊穿區(qū)在輸出特性左邊區(qū)域，隨著Uds增大，PN結(jié)承受太大的反向電壓而被擊穿，工作時(shí)應(yīng)該避免讓管子工作在該區(qū)域。

根據(jù)MOS管的輸出特性曲線，比如下圖是取Uds=10V的點(diǎn)，然后用作圖的方法，可取得到相應(yīng)的 轉(zhuǎn)移特性曲線 。

轉(zhuǎn)移特性是表示Uds不變時(shí)，Id與Ugs之間的關(guān)系。

在上圖的轉(zhuǎn)移特性曲線上，我們可以看到當(dāng)Ugs大于4V時(shí)，Id大幅度增加，而當(dāng)Ugs到達(dá)5V以上時(shí)，Id基本沒有什么大變化了。

恒流源工作原理

此電路是一個(gè)負(fù)反饋電路，由采樣電阻R3實(shí)時(shí)反饋負(fù)載電流，當(dāng)負(fù)載電流變大時(shí)，運(yùn)放反相輸入端的電壓比正相輸入端的電壓高，運(yùn)放輸出低電平，使三極管截止，觸使負(fù)載電流減??；

當(dāng)負(fù)載電流變小時(shí)，運(yùn)放反相輸入端的電壓比正相輸入端的電壓低，運(yùn)放輸出高電平，使三極管導(dǎo)通，觸使負(fù)載電流曾大。因此，負(fù)載電流經(jīng)過采樣電阻的實(shí)時(shí)反饋下最終達(dá)成恒定的穩(wěn)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(diào)節(jié)電位器RP即可改變恒流源電流的大小，可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的電位器及電阻大小；穩(wěn)壓管D的作用是為電位器提供恒定的電壓，防止因?yàn)殡娫吹牟▌?dòng)而引起運(yùn)放正輸入端電壓不穩(wěn)定，導(dǎo)致負(fù)載電流有波動(dòng)。

三極管Q1為NPN類型，使用時(shí)根據(jù)實(shí)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(jiǎn)單，實(shí)際原理是當(dāng)采樣電阻的電壓變化時(shí)，直接反饋到運(yùn)放的反相輸入端，它與同相輸入端電壓的差值被運(yùn)放放大，輸出控制三極管的基極電流，改變?nèi)龢O管的內(nèi)阻，從而改變發(fā)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(dá)到負(fù)載電流恒定的目的。

此處的三極管處于放大區(qū), 隨著輸入端電壓差值被運(yùn)放放大，使得三極管的導(dǎo)通程度不一樣，通俗一點(diǎn)就是，電流大了，少導(dǎo)通一點(diǎn)，電流小了，多導(dǎo)通一點(diǎn)。

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