JFET級聯(lián)實(shí)現(xiàn)恒定精確電流源的方法

很多工藝控制傳感器（如熱敏電阻器和應(yīng)變橋）都需要精確的偏置電流。增加一只電流設(shè)置電阻器R1后，電壓基準(zhǔn)電路IC1就可以構(gòu)成一個(gè)恒定和精確的電流源（圖1）。但是，該電流源的誤差與R1和IC1的精度有關(guān)，并影響著測量精度和分辨率。雖然我們可以采用精度高于大多數(shù)常用電壓基準(zhǔn)IC1的高精度電阻器，但電壓基準(zhǔn)的誤差左右了該電流源的精度。制造商會盡力減小電壓基準(zhǔn)的溫度靈敏度和輸出電壓誤差，但對電源變動的敏感性仍可影響到它的精度，尤其是對于必須工作在供電電壓范圍很寬的工藝控制應(yīng)用場合。

　　級聯(lián)的JFET可降低電源電壓波動對電流源精度的影響

　　用一個(gè)級聯(lián)的JFET對—Q1和Q2構(gòu)成的恒流源可以減小基準(zhǔn)電路對供電電壓波動的敏感性，并將IC1的工作電壓擴(kuò)展到5.5V最大額定值。另外，Q1和Q2還有效地將電流源的等效電阻從數(shù)兆歐幾乎提高到千兆歐范圍。在電路的Norton模型中，等效電阻代表理想電流源上的并聯(lián)電阻。

　　當(dāng)N溝道JFET的柵源偏壓為0V時(shí)，就是一個(gè)工作在最大飽和漏極電流下的耗盡型器件。與需要柵極偏壓才能導(dǎo)通的耗盡型MOSFET相比，JFET工作在默認(rèn)的導(dǎo)通狀態(tài)，需要柵

　　極偏壓來關(guān)斷。當(dāng)柵源電壓比源電壓更負(fù)時(shí)，JFET的漏極電流在關(guān)斷電壓下趨向零。JFET的漏極電流大致圍繞其柵極偏置電流而變化：ID≈IDSS×（1+VGS/VP）2，其中ID是漏極電流，IDSS是漏極飽和電流，VGS是柵源電壓，而VP是關(guān)斷電壓。

　　假定IC1的輸出電壓VREF保持在恒定1.8V。由于輸出電壓驅(qū)動Q2的柵極，IC1的輸入電壓VIN等于 VREF-VGS（Q2），或1.8V-（-1.2V）=3V。因此，Q2的柵源電壓就保持在其1.2V的標(biāo)稱關(guān)斷電壓上，并與電流源的微小變動保持一致性的變化。當(dāng)電源電壓從3V變化至30V以上時(shí)，輸入電壓仍能保持基本恒定，因?yàn)閂REF也保持不變。級聯(lián)FET結(jié)構(gòu)增加了電流源的Norton等效電阻，使之超出只有電壓基準(zhǔn)和R1的情況。使用單只JFET也可以，但兩只JFET的堆疊可進(jìn)一步提高電路的等效阻抗。注意IC1并沒有降低精度，這是因?yàn)镴FET將IC1的輸入電壓保持在幾乎恒定狀態(tài)，而IC1還有效地消除了初始柵源電壓變化，以及Q1和Q2引起的溫度影響。

　　Kirchhoff電壓回路由VIN、VREF和VGS（Q2）組成，其負(fù)反饋可以使漏極電流達(dá)到一個(gè)均衡偏置點(diǎn)，符合Q2的傳輸公式。Q2的漏極電流為 （VREF/R1）與IC1內(nèi)部“家務(wù)管理”電流IGND之和，是恒定的。增加Q1可將Q2輸出阻抗的影響降低至無關(guān)緊要的程度。調(diào)整R1的值可在一個(gè)有用范圍內(nèi)（200mA~5 mA）變化電路的輸出電流，而Q2的飽和漏極電流是上限。如果你選擇了一個(gè)有較高飽和漏極電流的JFET，一定要確保不超過Q1的最大功耗值。

　　注意，電路的電源電壓下限必須高于電路的3V電壓與傳感器產(chǎn)生的電壓降之和：ISOURCE×R2。電路的電源電壓上限決不能超過ISOURCE×R2+30V。例如，當(dāng)為一個(gè)1kΩ壓力傳感器橋R2 加上2.5 mA 電流時(shí)，電源電壓范圍限制為5.5V ~ 32.5V。在電源電壓很寬范圍內(nèi)，電路輸出電流的變動小于1mA（圖2）。