學子專區—ADALM2000實驗：浮動（2端口）電流源/吸電流

目標

本實驗旨在研究如何利用ΔV_BE概念來產生穩定（對輸入電壓電平的變化較不敏感）的輸出電流。使用反饋來構建在一定的電源電壓范圍內產生恒定或調節輸出電流的電路。

材料

●   ADALM2000主動學習模塊

●   無焊試驗板

●    一個500 Ω可變電阻、電位計

●   一個100 Ω電阻

●   三個小信號NPN晶體管(2N3904)

●   三個小信號PNP晶體管(2N3906)

說明

在無焊試驗板上構建圖1所示的電路。藍色方框表示ADALM2000的連接位置。PNP晶體管Q1、Q2和Q3形成增益為2的電流鏡；輸出電流是輸入電流的2倍。NPN晶體管Q4、Q5和Q6以及可變電阻R1形成電路的ΔVBE部分。電阻R2用于測量隨電路上的電壓變化（示波器通道1）在電路中流動的電流（示波器通道2）。

圖1 浮動電流源（吸電流連接到負電源）

輸出電流通過R1設置。Q4與Q5和Q6的并聯組合之間的VBE差(ΔVBE)出現在R1上。PNP鏡（Q1、Q2和Q3）的增益為2（假定它們的大小相同）。因此，Q4中的電流是Q5和Q6組合電流的兩倍。我們再假定Q4、Q5和Q6的大小也相同，電流密度比為4，V_BE差將為：

由于這個等式中的絕對溫度項，電流將與絕對溫度成正比。在某些情況下，這個特征可能有用，但在其他情況下，可能不適宜。

圖2 浮動電流源（吸電流連接到負電源）試驗板電路

硬件設置

試驗板電路連接如圖2所示。

程序步驟

將波形發生器W1配置為三角波，頻率為100 Hz，幅度為10 V p-p，偏移為0 V。示波器顯示應同時在電壓與時間和XY模式中設置，通道1在水平軸上，通道2在垂直軸上。確保在完成并反復檢查接線之后，再打開電源。

圖3 浮動電流源（吸電流連接到負電源）示波器XY圖示例

圖4 使用理想組件的浮動電流源（吸電流連接到負電源）LTspice XY圖示例

證明電路的浮動特性

在圖1中，我們以負電源作為電路負極參考。要證明此電路是真正的浮動電流源，按圖5所示重新排列試驗板并重復測量。

圖5 浮動電流源（源電流連接到正電源）

圖6 浮動電流源（吸電流連接到正電源）試驗板電路

硬件設置

試驗板電路連接如圖6所示。

程序步驟

將波形發生器W1配置為三角波，頻率為100 Hz，幅度為10 V p-p，偏移為0 V。示波器顯示應同時在電壓與時間和XY模式中設置，通道1在水平軸上，通道2在垂直軸上。確保在完成并反復檢查接線之后，再打開電源。

圖7 浮動電流源（吸電流連接到正電源）XY圖

圖8 使用理想組件的浮動電流源（吸電流連接到正電源）LTspice XY圖示例

問題：

通過分析電路的LTspice^?圖，電流源保持相對恒定電流所需的最小電壓是多少？您可以在學子專區博客上找到問題答案。

作者簡介

Doug Mercer于1977年畢業于倫斯勒理工學院(RPI)，獲電子工程學士學位。自1977年加入ADI公司以來，他直接或間接貢獻了30多款數據轉換器產品，并擁有13項專利。他于1995年被任命為ADI研究員。2009年，他從全職工作轉型，并繼續以名譽研究員身份擔任ADI顧問，為“主動學習計劃”撰稿。2016年，他被任命為RPI ECSE系的駐校工程師。

Antoniu Miclaus現為ADI公司的系統應用工程師，從事ADI教學項目工作，同時為Circuits from the Lab?、QA自動化和流程管理開發嵌入式軟件。他于2017年2月在羅馬尼亞克盧日-納波卡加盟ADI公司。他目前是貝碧思鮑耶大學軟件工程碩士項目的理學碩士生，擁有克盧日-納波卡科技大學電子與電信工程學士學位。