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[运放] 运放加MOS组成的恒流源原理？

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 楼主| 平漂流 发表于 2021-6-28 21:39 | 显示全部楼层 |阅读模式
MOS, 运放, 恒流源, 电压, 电压值, 比较器
如下图一，运放加MOS管组成的恒流源，调节电阻器R4的阻值，改变运放U1A的3脚的电压值(不大于2V)，运放2脚的电压值随之变动，运放的输出也在变化。问题：运放的正向反向端的电压相同，这运放的输出是哪里来的？(当运放U1A的3脚的电压值大于2V。运放就成了比较器)

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gaohq 发表于 2021-6-28 21:52 | 显示全部楼层
你把电路图画成这样子估计没几人看的。看得累
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wanwenhao1
@平漂流 ：你的电路确实有问题，连输出位置在哪里都看不出来，怎么让人能分析出是否为恒流源。 如果你的输出位置为R5，则应该将R5标注为RL，这样就能分析出是一个可调电流的恒流源了。  发表于 2021-7-6 13:40
平漂流
没人让你看，看不懂就别看，刷什么存在感？  发表于 2021-6-29 08:54
zhhsky 发表于 2021-6-28 22:07 | 显示全部楼层
R5太大了，当输出2A时，R5电压分到20V，余下的电压不足以使Q1产生2A电流，所以G极才会满偏
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平漂流
G级满偏是啥意思？  发表于 2021-6-29 09:02
xmar 发表于 2021-6-29 10:34 | 显示全部楼层

其实，就是运放构成的电流串联负反馈放大器。

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wanwenhao1
你这是一个电压跟随器，可作为可调压的稳压源使用。  发表于 2021-7-6 13:35
HWM 发表于 2021-6-29 11:58 | 显示全部楼层
就负载（RL）看，这可不是什么“恒流源”。
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xmar 发表于 2021-6-29 15:35 | 显示全部楼层
HWM 发表于 2021-6-29 11:58
就负载（RL）看，这可不是什么“恒流源”。

对！谢谢指正。

改为下面电路，才是恒流源。

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minihang 发表于 2021-6-29 15:39 | 显示全部楼层
新人来学习了
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 楼主| 平漂流 发表于 2021-7-5 14:08 | 显示全部楼层
HWM 发表于 2021-6-29 11:58
就负载（RL）看，这可不是什么“恒流源”。

为啥作为恒流源，负载RL，应在MOS管的漏极？
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 楼主| 平漂流 发表于 2021-7-5 14:09 | 显示全部楼层
xmar 发表于 2021-6-29 15:35
对！谢谢指正。

改为下面电路，才是恒流源。

为啥作为恒流源，负载RL，应在MOS管的漏极？
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wanwenhao1
作者已经用解析式指出，负载RL在MOS管的漏极的话，该电路的输出电流与负载电阻RL无关，只与电路内部的R3阻值大小、R1与R2组成的分压（即Vin）大小有关，这就是恒流源的特征（在电路允许的范围内，输出电流恒定且与负载电阻大小无关）。  发表于 2021-7-6 13:49
xmar 发表于 2021-7-6 13:49 | 显示全部楼层
平漂流 发表于 2021-7-5 14:09
为啥作为恒流源，负载RL，应在MOS管的漏极？

负载电阻放在R3上端与Q1源极之间也可以，不是一定要放在Q1漏极之上。
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pcf00 发表于 2021-7-7 10:08 | 显示全部楼层
跟随器
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wanwenhao1 发表于 2021-7-7 11:37 | 显示全部楼层
xmar 发表于 2021-7-6 13:49
负载电阻放在R3上端与Q1源极之间也可以，不是一定要放在Q1漏极之上。

将负载放在S极，负载上的电压变化，会影响S极的电压，也就是影响Usg电压，造成MOS管得不到恒定的Usg，以致于不能正常导通。

譬如负载上压降达到20v，Usg可能就只有2v左右了，MOS极可能已经不能导通了，所以这个电路作为恒流源，负载必须接在D极上。
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xmar 发表于 2021-7-7 13:51 | 显示全部楼层
wanwenhao1 发表于 2021-7-7 11:37
将负载放在S极，负载上的电压变化，会影响S极的电压，也就是影响Usg电压，造成MOS管得不到恒定的Usg，以 ...

"......所以这个电路作为恒流源，负载必须接在D极上。" —— 所言谬以。看下图：

  

注意负载电阻RL阻值从0.33R到10000R其电流保持不变，还是2.0mA，恒流特性很好。说明负载电阻不必在MOS管漏极D上，串联在源极S上没问题。

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xmar
@lf626384 ：14楼是针对 ：负载“必须”放在D极上，而言。只是说放S下面也是可以的。并没有比较放D、S哪个更好。当然放D上更好。仅此而已。  发表于 2022-2-28 09:40
lf626384
你这个人觉得不妥，s极已经22v如果某MOS的vgsth是5V,你要求运放输出27v,仿真不能完全替代实物。还是要把RL接上面  发表于 2022-2-26 08:48
wanwenhao1 发表于 2021-7-7 19:07 | 显示全部楼层
本帖最后由 wanwenhao1 于 2021-7-7 19:16 编辑
xmar 发表于 2021-7-7 13:51
"......所以这个电路作为恒流源，负载必须接在D极上。" —— 所言谬以。看下图：

  

你用特定参数来证明不会出问题，是不行的。
查2N6659，在导通电流Id=1mA的情况下，典型的Ugs=1.4V。你选的参数分别为为2mA/2V，尚处于MOS能工作的范围，不能说明任何问题。

现将电流设置到1A，得到的结果如下图：


当前的Uds还有5V，Usg也大约5V，为何不能恒流了？

如果将RL放置到D极，则可以得到如下的结果：

图中显示，Uds仅有0.98v，但因Ugs有16V，电路仍能恒流。

如果此负载接于S极，则结果如下：

虽然Usg和Usd都有4.9V，但是完全不能恒流了，应该是Ugs太低，MOS管在此电流情况下不能完全导通所致。

再看下图：

继续加大接在D极的负载阻值，已经不能保持恒流了。此时Usd=0.88V，可以认为MOS管基本饱和，系统已经不能再保持恒流了。

如果此负载接于S极，结果如下：

显示早就不能恒流了，尽管Ugs和Usd两者都接近5V，电流误差却极大。

经实验，负载接到S极，最极限的参数如下图：

一旦负载阻值再加大，后果就是下图，不能保持恒流。


所以此电路MOS恒流源正确的接法，应该是负载接于D极，让Ugs尽可能不因负载而变化。若负载接在S极，因Ugs会因负载的变化而变化，在加载在负载上的电压不大的情况下，兴许还能保持恒流，但绝不意味着它的接法就正确。当负载上的压降比较大的时候，会导致Ugs不足够高，电路失去恒流功能，也就是该恒流源的最高输出电压会大大降低。






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wanwenhao1
@zyj9490 ：完全理解你说的内容，如果要真正解决共地的问题，只能用Pmos。Nmos就算负载接在S极，距地还隔着一个恒流取样电阻，不能达到输出需要共地的要求。  发表于 2022-2-26 21:58
zyj9490
@wanwenhao1 ：且在相位上要解决。  发表于 2022-2-26 16:10
zyj9490
@wanwenhao1 ：其实这个问题，各有长处，如果恒流输出给下级负载电路，牵扯到一个问题共地的问题的，放在下端即S端，一般可共地输出，说白了，高侧与低侧的区别，对高侧而言，本地恒流负载比较合适，对运放的输出动态范围要求低，但输出比较麻烦要差分检测。相反，在低侧比较好，实际上反馈电压放大高侧，负载放在低侧，这样动态范围和共地都可解决，但需要PMOS管  发表于 2022-2-26 16:09
wanwenhao1
@zyj9490 ：极限情况下，运放输出电压可接近Vcc，而负载上的电压，也就是MOS管S极的电压也可能接近Vcc。这样极可能出现Ugs电压不足够高，影响MOS管的恒流能力的情况。所以要恒流源尽可能在电源限制的范围内都能正常工作，负载应该要接在mos管的D极会路上，才算合理。  发表于 2022-2-25 22:13
zyj9490
看运放的输出动态范围。  发表于 2022-2-25 15:50
xmar
你13楼可不是这么说的，而是：......负载必须接在D极上。14楼只是针对“必须”而言。负载串联S也可恒流，实在不行提高VCC电压，就可恒流。其实，即使负载串联D极，负载电阻大了，或者恒流值大了也是不行的，只有提高VCC电压。这也符合理想恒流源本质的：电压无限高，内阻无穷大。  发表于 2021-7-8 09:43
卡卡苍罗特 发表于 2022-2-25 13:01 | 显示全部楼层
“当运放U1A的3脚的电压值大于2V。运放就成了比较器”
有点疑惑为啥，楼主能解释一下吗。
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