Làm thế nào để tạo một nguồn hiện tại không đổi

Tôi không hiểu các nguồn hiện tại! Pin là nguồn điện áp, nhưng làm thế nào để thực sự thực hiện một nguồn hiện tại? Tôi đã nhìn vào các gương hiện tại để xem chúng hoạt động như thế nào và tôi hiểu ý tưởng về việc tạo ra một dòng điện gần như giống hệt nhau được tạo ra bởi nửa kia, nhưng trên các sơ đồ, I numf hiện tại đến từ đâu? Có phải đó chỉ là một nguồn điện áp trên một điện trở? Ngoài ra, làm thế nào tôi có thể sử dụng điều này để lái một tải được gắn vào cống của M2?

Tôi đánh giá cao bất kỳ lời giải thích!

Tại một số điểm nếu bạn muốn có một nguồn hiện tại được cố định trong uA, bạn cần một nguồn điện áp chính hoặc nguồn hiện tại. Chiếc gương (đúng như tên gọi của nó) chỉ phản ánh một dòng điện đã biết (có thể cao hơn hoặc thấp hơn nếu bạn bán dẫn song song (hình học bóng bán dẫn thay đổi) hoặc giới thiệu một hoặc nhiều điện trở phát, do đó giống như một chiếc gương phóng đại hơn.

Trong một IC (và bên ngoài), bạn có thể điều khiển tất cả các loại nguồn hiện tại khác nhau khỏi một dòng tham chiếu duy nhất bằng cách sử dụng các gương có trọng số và tương tự, nhưng bạn vẫn cần dòng điện đó. Một số IC mang nút đó ra một pin và bạn kết nối một điện trở với Vcc hoặc bất cứ điều gì để tất cả các gương hiện tại trong chip được điều chỉnh theo dòng điện đó (sẽ ổn định hơn hoặc kém hơn nếu Vcc >> 0,6V).

Tham chiếu điện áp và điện trở là một loại dòng tham chiếu (mặc dù lưu ý rằng điện áp của đầu vào gương hiện tại không bằng 0 và thay đổi ở khoảng -2mV / ° C, vì vậy nó sẽ không ổn định khi thay đổi nhiệt độ trừ khi tham chiếu điện áp bạn sử dụng có một đặc điểm phù hợp).

Một cách để có được một tham chiếu điện áp là tạo một tham chiếu khoảng cách dải, khoảng 1,25V, nhưng có thể được khuếch đại đến bất kỳ điện áp nào bạn muốn.

Một IC đáng để nghiên cứu là TI (nee Burr-Brown) REF200 , có sơ đồ đại diện được cung cấp trên biểu dữ liệu. Nó có hai nguồn 100uA +/- 0,5% dòng hai cực và một gương dòng chính xác (gương hiện tại Wilson đầy đủ với các điện trở thoái hóa phát). Cũng xem AB165 , bao gồm một loạt các nguồn hiện tại.

THỰC HIỆN VÀ ỨNG DỤNG NGUỒN HIỆN TẠI VÀ TIẾP NHẬN HIỆN TẠI

Tôi không hiểu các nguồn hiện tại! Pin là nguồn điện áp, nhưng làm thế nào để thực sự thực hiện một nguồn hiện tại?

Đây là mạch nguồn hiện tại sử dụng op-amp: -

Loại nguồn hiện tại này dựa trên Vset được áp dụng cho đầu vào không đảo của op-amp. Do op-amp có mức tăng vòng hở lớn, đầu vào đảo ngược có thể được cho là hợp lý ở cùng điện áp với đầu vào không đảo. Op-amp đạt được điều này với phản hồi tiêu cực - đầu ra của nó điều khiển một bóng bán dẫn cho đến khi điện áp trên Rset bằng Vin. Do đó hiện tại ra khỏi collector là: -

I =$\dfrac{Vset}{Rset}$

Có nhiều loại nguồn hiện tại tạo ra kết quả tương tự NHƯNG khả năng chịu tải phải nằm trong một phạm vi giới hạn. Zero ohms vẫn ổn nhưng cố gắng đẩy 1mA qua điện trở 10k trên nguồn cung cấp 5V sẽ không hoạt động.

Trên hình ảnh của bạn, Iref có thể đến từ bất cứ đâu - tín hiệu bên ngoài hoặc điện trở được kết nối với nguồn điện - dòng điện I ref được tính toán dễ dàng bởi vì M1 hoạt động như một trở kháng thấp với điện áp rơi trên nó - tốt hơn là nhìn vào tương đương Mạch BJT vì độ sụt volt rõ ràng là "0,7V" khi đế được gắn với bộ thu.

Việc triển khai gương hiện tại này dựa trên thực tế là V _DD không đổi, điện trở có giá trị đã biết và V _GS sẽ có điểm làm việc không đổi mà bạn có thể truy xuất từ ​​biểu dữ liệu (hoặc bằng thử nghiệm).

Biết V _DD và V _GS là hằng số, bạn có thể tính toán dòng điện ở nhánh bên trái với định luật Ohm. Sau đó, nếu cả hai bóng bán dẫn được kết hợp chặt chẽ, dòng điện trong cả hai nhánh sẽ giống hệt nhau. Lưu ý rằng bất cứ điều gì bạn làm trong nhánh bên phải, không có cách nào nó có thể ảnh hưởng đến dòng điện ở nhánh bên trái.

Sự hiểu biết về các giải pháp mạch cụ thể dựa trên việc tiết lộ những ý tưởng cơ bản đằng sau chúng. Vì vậy, hãy xem những ý tưởng này là gì trong trường hợp ...

Để sản xuất dòng điện, theo định luật Ohm I = V / R, chúng ta chỉ cần điện áp và điện trở. Vì vậy, nếu tải là điện trở thuần, chúng ta sẽ chỉ cần một nguồn điện áp để tạo ra dòng điện. Bằng cách thay đổi điện áp, chúng ta có thể đặt cường độ dòng điện mong muốn.

Nhưng nếu tải hoạt động như một nguồn điện áp (ví dụ: pin có thể sạc lại, tụ điện, diode Zener, kết nối ngắn, điện trở âm, v.v.), chúng ta cần thêm điện trở nối tiếp để đặt (giới hạn) dòng điện. Do đó, trong trường hợp chung, nguồn hiện tại được tạo bởi hai phần tử nối tiếp - nguồn điện áp có điện áp V và điện trở có điện trở Ri ... và nó được kết nối với tải có điện áp VL và điện trở RL. Bốn phần tử này được kết nối trong một vòng tròn và mỗi phần tử này ảnh hưởng đến cường độ dòng điện được xác định bởi tỷ lệ của tổng điện áp Vt và điện trở Rt; I = Vt / Rt = (V ± VL) / (Ri ± RL). Trong cách sắp xếp này, nguồn điện áp đầu vào cố gắng đặt dòng điện bằng điện áp V và điện trở Ri trong khi tải gây cản trở bởi điện áp VL và điện trở RL.

Cách đơn giản nhất (điển hình cho các mạch điện) là tăng rất nhiều cả điện áp và điện trở của nguồn đầu vào (đây là định nghĩa nổi tiếng của nguồn dòng lý tưởng từ sách giáo khoa về kỹ thuật điện). Chúng cao nhưng không đổi (tĩnh) ... và đây là rắc rối. Do đó, điện áp tải và điện trở trở nên không đáng kể so với các nguồn đầu vào. Rõ ràng là làm cho một nguồn hiện tại tốt theo cách này có liên quan đến tổn thất điện năng lớn trong kháng chiến.

Cách thông minh hơn (điển hình cho các mạch điện tử) là làm cho điện áp nguồn hoặc điện trở thay đổi. Họ năng động nhưng thấp ... vì vậy tổn thất điện năng thấp ... và đây là lợi nhuận. Chúng ta có ảo tưởng về điện trở cực cao (vi sai) nhưng điện trở thực (tĩnh) thấp. Chúng ta hãy xem ý tưởng này được đưa vào thực tế như thế nào ...

Thủ thuật là khi tải tăng / giảm điện áp hoặc điện trở, nguồn sẽ giảm / tăng điện áp hoặc điện trở có cùng giá trị ; vì vậy hiện tại không thay đổi.

Việc bù này có thể được thực hiện mà không có bất kỳ phản hồi tiêu cực nào bằng cách sử dụng nguồn điện áp sau (được gọi là "bootstrapping") hoặc điện trở ổn định dòng điện (được thực hiện bởi một BJT hoặc FET với điện áp đầu vào không đổi).

Thay vào đó, một biến thể của kỹ thuật này là thay đổi điện áp nguồn rất lớn, để thêm điện áp nối tiếp vào điện áp nguồn không đổi, do đó bù cho tác động của tải. Ý tưởng này được hiện thực hóa, ví dụ, trong nguồn hiện tại đảo ngược op-amp .

Một ý tưởng xa hoa khác là đưa dòng điện bổ sung vào tải bằng cách kết nối một nguồn hiện tại bổ sung song song với nguồn đầu vào chính . Nó được thực hiện trong nguồn hiện tại của Howland .

Bạn có thể xem thêm về các kỹ thuật này trong các câu chuyện mạch của tôi về các nguồn hiện tại không đổi .

Để kết luận, sức mạnh của phương pháp này là khi biết các ý tưởng cơ bản, chúng ta có thể giải thích và nhận ra các cấu hình mạch cụ thể từ quá khứ, hiện tại và tương lai (được thực hiện bằng các ống, BJT, FET, op-amps, v.v.)