場效應(yīng)管的恒流源
恒流源在現(xiàn)代計量測試領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛,文獻有提到使用恒流源供電可提高標準燈的穩(wěn)定性;文獻中提到用恒流源測電阻比用伏安法精度更高。恒流源按照恒流器件不同可分為晶體管恒流源集成電路恒流源、場效應(yīng)管恒流源。
晶體管恒流源的電流控制器件穩(wěn)流精度不高;集成電路恒流源適合小電流恒流但很難做大;場效應(yīng)管是一種電壓控制器件,它的輸人電阻非常高。柵極幾乎不取電流,非常適合作恒流源的調(diào)整管。本設(shè)計用P溝道增強型場效應(yīng)管設(shè)計的恒流源精度優(yōu)于0.5%。
恒流原理
圖1是場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性。從轉(zhuǎn)移特性曲線上，我們知道場效應(yīng)管的漏源電流I由它的柵源電壓決定;在輸出特性曲線上,場效應(yīng)管工作可以分為四個區(qū):可變電阻區(qū)、恒流區(qū)(放大區(qū))、擊穿區(qū)、夾斷區(qū)。
在可變電阻區(qū)漏源電流隨漏源電壓、柵源電壓的增大而增加;在恒流區(qū)漏源電流為恒定值,其大小由柵源電壓控制,隨著漏源電壓的繼續(xù)增大場效應(yīng)管進入擊穿區(qū),管子會損壞,當柵源電壓低于管子的開啟電壓時，管子進入夾斷區(qū)，漏極源極上幾乎沒有電流流過。因此只要讓管子工作在恒流區(qū)，就能實現(xiàn)恒流,并且改變柵源電壓就能改變恒流的大小。
場效應(yīng)管恒流源電路圖一
如圖，其中分壓電阻和穩(wěn)壓管為場效應(yīng)管的柵極提供一個固定的基準電壓。
場效應(yīng)管恒流源電路圖二
基于場效應(yīng)管的恒流源電路原理圖如下圖所示，電流經(jīng)過采樣電阻轉(zhuǎn)換為采樣電壓。采樣電壓經(jīng)運放A2反向放大后作為反饋電壓VF送入運放A1的同相端，與基準電壓VR進行比較，對柵極電壓進行調(diào)整，從而對輸出電流進行調(diào)整，使整個閉環(huán)反饋系統(tǒng)處于動態(tài)平衡中，以達到穩(wěn)定輸出電流的目的。
如果輸出電流增大，則采樣電阻上的采樣電壓隨之增大，反饋電壓VF也增大，運放A1同相端電壓增大，而基準電壓不變，運放A1的輸出電壓為（VF-VR）K（K為運放A1的開環(huán)增益），因此運放A1的輸出電壓降低，柵極電壓下降從而使輸出電流下降，使輸出電流保持穩(wěn)定。
場效應(yīng)管恒流源電路圖三
場效應(yīng)管屬于電壓控制元件，這一點類似于電子管的三極管，但它的構(gòu)造與工作原理和電子管是截然不同的，與雙極型晶體管相比，場效應(yīng)晶體管具有如下特點：
（1）場效應(yīng)管是電壓控制器件，它通過UGS來控制ID;
（2）場效應(yīng)管的輸入端電流極小，因此它的輸入電阻很大。
（3）它是利用多數(shù)載流子導電，因此它的溫度穩(wěn)定性較好;
（4）它組成的放大電路的電壓放大系數(shù)要小于三極管組成放大電路的電壓放大系數(shù);
（5）場效應(yīng)管的抗輻射能力強;
（6）由于不存在雜亂運動的少子擴散引起的散粒噪聲，所以噪聲低。
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