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運算放大器與MOS管組成的恒流源電路-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2022-05-19 

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運算放大器與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(dāng)Ugs>Ugs(th)時,MOS就會開始導(dǎo)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(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區(qū):截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)。


運算放大器 MOS管 恒流源電路


截止區(qū) :當(dāng)滿足 Ugs<Ugs(th),MOS管進入截止區(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線性電阻,當(dāng)Ugs不同電阻的阻值就會不同,所以在該區(qū)MOS管相當(dāng)就是一個由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,然后用作圖的方法,可取得到相應(yīng)的 轉(zhuǎn)移特性曲線 。


運算放大器 MOS管 恒流源電路


轉(zhuǎn)移特性是表示Uds不變時,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,Id大幅度增加,而當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dǎo)通,觸使負載電流曾大。因此,負載電流經(jīng)過采樣電阻的實時反饋下最終達成恒定的穩(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)實際需求選擇合適的電位器及電阻大??;穩(wěn)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(wěn)定,導(dǎo)致負載電流有波動。


三極管Q1為NPN類型,使用時根據(jù)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(dāng)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?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,以達到負載電流恒定的目的。


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



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