ADALM2000實驗：穩(wěn)定電流源

本文將重點討論使用雙極性結(jié)型晶體管(BJT)和NMOS晶體管的穩(wěn)定電流源。

穩(wěn)定電流源(BJT)

目標

本實驗旨在研究如何利用零增益概念來產(chǎn)生穩(wěn)定（對輸入電流電平的變化較不敏感）的輸出電流。

材料

▲   ADALM2000主動學習模塊

▲   無焊面包板

▲   一個2.2 kΩ電阻（或其他類似值）

▲   一個100 Ω電阻

▲   一個4.7 kΩ電阻

▲   兩個小信號NPN晶體管（2N3904或SSM2212）

說明

BJT穩(wěn)定電流源對應(yīng)的電路如圖1所示。

圖1 穩(wěn)定電流源

硬件設(shè)置

面包板連接如圖2所示。W1的輸出驅(qū)動電阻R1的一端。電阻R1和R2以及晶體管Q1按照2020年11月StudentZone文章所示進行連接。由于Q2的VBE始終小于Q1的VBE，因此可能的話，從器件庫存中選擇Q1和Q2滿足條件——在相同集電極電流下，Q2的VBE小于Q1的VBE。晶體管Q2的基極連接到Q1集電極的零增益輸出。R3連接在Vp電源和Q2的集電極之間，與2+示波器輸入一起用來測量集電極電流。

圖2 NMOS零增益放大器面包板電路

程序步驟

零增益放大器可用于創(chuàng)建穩(wěn)定的電流源。現(xiàn)在，當W1所表示的輸入電源電壓變化時，晶體管Q1的集電極所看到的電壓更為穩(wěn)定，因此可以將其用作Q2的基極電壓，以在晶體管Q2中產(chǎn)生更穩(wěn)定的電流。

波形發(fā)生器配置為1 kHz三角波，峰峰值幅度為3 V，偏置為1.5 V。示波器通道2的輸入(2+)用于測量Q2集電極上的穩(wěn)定輸出電流。

配置示波器以捕獲所測量的兩個信號的多個周期。確保啟用XY功能。

使用示波器的波形圖示例如圖3和圖4所示。

圖3 Q2集電極電壓與W1電壓的關(guān)系

圖4 Q2集電極電流與W1電壓關(guān)系的示波器圖

穩(wěn)定電流源(NMOS)

材料

▲   ADALM2000主動學習模塊

▲   無焊面包板

▲   一個2.2 kΩ電阻（或其他類似值）

▲   一個168 Ω電阻（將100 Ω和68 Ω電阻串聯(lián)）

▲    一個4.7 kΩ電阻

▲   兩個小信號NMOS晶體管（CD4007或ZVN2110A）

說明

MOS穩(wěn)定電流源對應(yīng)的電路如圖5所示。

圖5 穩(wěn)定電流源

圖6 穩(wěn)定電流源面包板電路

硬件設(shè)置

面包板連接如圖6所示。波形發(fā)生器W1的輸出驅(qū)動電阻R1的一端。電阻R1和R2以及晶體管M1按照2020年11月StudentZone文章所示進行連接。由于M2的VGS始終小于M1的VGS，因此可能的話，從器件庫存中選擇M1和M2滿足——在相同漏極電流下，M2的VGS小于M1的VGS。晶體管M2的柵極連接到M1漏極的零增益輸出。R3連接在Vp電源和M2的漏極之間，與2+示波器輸入一起用來測量漏極電流。

程序步驟

波形發(fā)生器配置為1 kHz三角波，峰峰值幅度為4 V，偏置為2 V。示波器通道2的輸入(2+)用于測量M2漏極上的穩(wěn)定輸出電流。

配置示波器以捕獲測量的兩個信號的多個周期。確保啟用XY功能。

圖7提供了示波器顯示的圖像示例。

圖7 M2漏極電壓與W1電壓的關(guān)系

關(guān)于BJT和NMOS的問題

▲   此類電路有時稱為峰化電流源。您認為為什么會使用此命名規(guī)則？

▲   輸出電流的峰值很窄。如何調(diào)整電路以產(chǎn)生更寬、更平坦的峰值？

作者簡介

Doug Mercer于1977年畢業(yè)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)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(zhuǎn)型，并繼續(xù)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(xiàn)為ADI公司的系統(tǒng)應(yīng)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(fā)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。