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弱电流源是怎么实现的?咱们来仿个真!

工程师看海 来源:工程师看海 作者:工程师看海 2021-12-01 09:16 次阅读

原文来自公众号:工程师看海

在我们电子电路设计中,有两种电源,一种是电压源,另一种是电流源。相比于电压源,电流源的使用场景稍微少一点。今天,结合仿真,介绍下一种基于运放的微弱电流源基本实现原理,理论计算与仿真验证相结合,写的清晰易懂,保证一学就废。

仿真文件获取,公众号后台回复:弱电流源

在本科阶段,模拟电子电路技术中就介绍过一种电流源:基于三极管的镜像恒流源。

poYBAGGmESeADbnzAABRbxGQB5Y556.png

Ic1是负载电流,其电流值不随负载变化,可以实现恒流,基本原理如下:

T0和T1是两只一样的管子,工作在放大状态,两个管子B极电位相等,所以Ib0=Ib1,两个管子一样那么放大倍数β也一样,所以Ic0=Ic1=β*Ib0,Ic0与Ic1呈现镜像关系,因此被叫做镜像电流源。

下面介绍下今天的主角,基于运放的电流源设计,这个电路又叫做豪兰德电流源电路(这个名字听着高大上)。

pYYBAGGmES-AdUuuAABEV16DJ9o598.png

推导过程很简单,电流I1 = I2:

pYYBAGGmEUuAerlsAAEfbkolUt4604.png

Io=-Ui/R,输出电流与输入电压成正比,只要输入电压固定,输出电流也就固定了,实现了电流源功能。

下面我们进行仿真,仿真使用的运放是LM324,为什么选这个运放呢?因为这个运放性能不够,一会我们再选个性能好的运放,看下二者差异。

仿真文件获取,公众号后台回复:弱电流源

pYYBAGGmEV6AZU9nAAIVC5W_i94011.png

输入电压见下图红色波形,电压是±200uV,而匹配电阻是1K,因此根据前文计算,输出电流应该是±200nA,输出电流见下图绿色曲线(1mV/1mA),从波形看是满足±200nA的理论分析的,但是为什么绿色电流波形有一个负的直流存在呢?

pYYBAGGmEWqAQVfuAAN_5bmn6jQ746.png

这是因为LM324性能不够,偏置不好(nA级别)。在电路参数不变情况下,我们换偏置更好的ICL7652D(pA级别)再仿真下,

poYBAGGmEXOADEsnAAH0OYTyDcM874.png

换性能更好的运放后结果就好很多了,红色还是输入电压±200uV,绿色是输出电流是±200nA,也看不到有偏置存在了。这样就与前文的理论分析保持一致啦。

pYYBAGGmEX6AEVA3AANHTQ7xf74049.png

那么可不可以不换运放,继续使用LM324,同时又保持很低的偏执呢?

以上就是弱电流源的一种实现原理,你学废了吗?

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