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。

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。

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)。

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 。

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(fù)反饋電路，由采樣電阻R3實時反饋負(fù)載電流，當(dāng)負(fù)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(fù)載電流減?。?/span>

當(dāng)負(fù)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(fù)載電流曾大。因此，負(fù)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?。环€(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(fù)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(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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