電流源（以及電流阱）――對(duì)順從電壓范圍的理解

許多人在我們的論壇詢問(wèn)如何進(jìn)行各類電流源的設(shè)計(jì)——恒定電流、壓控電流、AC 電流、大電流、小電流、有源電流源以及無(wú)源電流阱等。一篇博文不可能說(shuō)清所有這些內(nèi)容。但是，我可以為您介紹一些基礎(chǔ)背景知識(shí)，并為您提供一些獲取更多詳情的鏈接地址。 重點(diǎn)是，電流源不可能在沒(méi)有必要電壓的情況下迫使電流流入負(fù)載。把某個(gè)電流源看作是一個(gè)電路，它對(duì)其輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使預(yù)期電流流入負(fù)載。如果沒(méi)有 10V 的電壓，則您無(wú)法使 10Ma 的電流流入 1k-ohm 負(fù)載?；蛟S更加重要的是，在沒(méi)有形成 1000V 輸出的情況下，您無(wú)法使 10Ma 的電流流入 100kΩ 負(fù)載。每過(guò)一段時(shí)間，就會(huì)有人問(wèn)我們?nèi)绾问褂靡恍┖?jiǎn)單的運(yùn)算放大器電路，在沒(méi)有 1000V運(yùn)算放大器甚至 1000V 電源的情況下完成上述不可能完成的任務(wù)。 正如我的同事所言：“這是歐姆定律，而非歐姆建議。” 這里的問(wèn)題是，理解電流源的順從輸出電壓范圍。它是電路保持恒定電流的電壓范圍。我用圖 1 所示的電路作為示例(實(shí)際為一個(gè)電流阱)進(jìn)行說(shuō)明一下，它是一款經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)工程師設(shè)計(jì)和改進(jìn)的電路。

使用 REF1112 分路調(diào)節(jié)器(像齊納二極管，但為低壓)，在運(yùn)算放大器輸入端形成參考電壓。通過(guò) R2 反饋重復(fù)形成相同的電壓。由于漏電流實(shí)際與源電流完全一樣，因此這樣便得到輸出電流。工程師們更喜歡“看圖片”，因此我鼓勵(lì)你們閱讀并理解該圖中的一些注釋。 圖 2 所示圖形模擬顯示了這種電路的恒流輸出電壓范圍。電壓源Vs 從 0V 上升至 30V。在這種情況下，負(fù)載電壓 VOUT 與 Vs 相同，即為MOSFET漏極的電壓。需要注意的是，由于 Vs 從 0V 增加至 1.2V，輸出電流 Iout 也穩(wěn)定上升。在這一范圍，其電壓并不足以實(shí)現(xiàn)正常的運(yùn)行。一旦 Vs 剛好達(dá)到 1.2V 以上，則電流以 1.25Ma 預(yù)期值進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而保持 30V 恒定電壓。1.3V 到 30V 為該電流阱的恒流輸出電壓范圍。模擬過(guò)程在 30V 時(shí)停止，即所選 MOSFET 的額定電壓。使用更高電壓的 MOSFET 和更高的電源電壓，會(huì)極大增加該電流阱的恒流輸出電壓范圍。

電流源電路的類型數(shù)不勝數(shù)。所有這些電流源電路都有其恒流輸出電壓范圍限制。仔細(xì)思考，小心操作，您就可以選擇正確的電流源類型，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，得到您需要的恒流輸出電壓范圍。