《電子技術應用》
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提高電流源性能的JFET級聯技術
摘要: 很多工藝控制傳感器都需要精確的偏置電流。增加一只電流設置電阻器R1后,電壓基準電路IC1就可以構成一個恒定和精確的電流源。但是,該電流源的誤差與R1和IC1的精度有關,并影響著測量精度和分辨率。雖然我們可以采用精度高于大多數常用電壓基準IC1的高精度電阻器,但電壓基準的誤差左右了該電流源的精度。制造商會盡力減小電壓基準的溫度靈敏度和輸出電壓誤差,但對電源變動的敏感性仍可影響到它的精度,尤其是對于必須工作在供電電壓范圍很寬的工藝控制應用場合。
Abstract:
Key words :

       很多工藝控制傳感器(如熱敏電阻器和應變橋)都需要精確的偏置電流。增加一只電流設置電阻器R1后,電壓基準電路IC1就可以構成一個恒定和精確的電流源(圖1)。但是,該電流源的誤差與R1和IC1的精度有關,并影響著測量精度和分辨率。雖然我們可以采用精度高于大多數常用電壓基準IC1的高精度電阻器,但電壓基準的誤差左右了該電流源的精度。制造商會盡力減小電壓基準的溫度靈敏度和輸出電壓誤差,但對電源變動的敏感性仍可影響到它的精度,尤其是對于必須工作在供電電壓范圍很寬的工藝控制應用場合。

一對<a class=級聯的JFET可降低電源電壓波動對電流源精度的影響" border="0" height="170" hspace="0" src="http://files.chinaaet.com/images/20100812/72b7fb24-4816-4770-aac2-6e40c1ba09b5.jpg" style="WIDTH: 228px; HEIGHT: 170px" width="228" />


  用一個級聯的JFET對—Q1和Q2構成的恒流源可以減小基準電路對供電電壓波動的敏感性,并將IC1的工作電壓擴展到5.5V最大額定值。另外,Q1和Q2還有效地將電流源的等效電阻從數兆歐幾乎提高到千兆歐范圍。在電路的Norton模型中,等效電阻代表理想電流源上的并聯電阻。

  當N溝道JFET的柵源偏壓為0V時,就是一個工作在最大飽和漏極電流下的耗盡型器件。與需要柵極偏壓才能導通的耗盡型MOSFET相比,JFET工作在默認的導通狀態,需要柵

 

極偏壓來關斷。當柵源電壓比源電壓更負時,JFET的漏極電流在關斷電壓下趨向零。JFET的漏極電流大致圍繞其柵極偏置電流而變化:ID≈IDSS×(1+VGS/VP)2,其中ID是漏極電流,IDSS是漏極飽和電流,VGS是柵源電壓,而VP是關斷電壓。

  假定IC1的輸出電壓VREF保持在恒定1.8V。由于輸出電壓驅動Q2的柵極,IC1的輸入電壓VIN等于 VREF-VGS(Q2),或1.8V-(-1.2V)=3V。因此,Q2的柵源電壓就保持在其1.2V的標稱關斷電壓上,并與電流源的微小變動保持一致性的變化。當電源電壓從3V變化至30V以上時,輸入電壓仍能保持基本恒定,因為VREF也保持不變。級聯FET結構增加了電流源的Norton等效電阻,使之超出只有電壓基準和R1的情況。使用單只JFET也可以,但兩只JFET的堆疊可進一步提高電路的等效阻抗。注意IC1并沒有降低精度,這是因為JFET將IC1的輸入電壓保持在幾乎恒定狀態,而IC1還有效地消除了初始柵源電壓變化,以及Q1和Q2引起的溫度影響。

  Kirchhoff電壓回路由VIN、VREF和VGS(Q2)組成,其負反饋可以使漏極電流達到一個均衡偏置點,符合Q2的傳輸公式。Q2的漏極電流為 (VREF/R1)與IC1內部“家務管理”電流IGND之和,是恒定的。增加Q1可將Q2輸出阻抗的影響降低至無關緊要的程度。調整R1的值可在一個有用范圍內(200mA~5 mA)變化電路的輸出電流,而Q2的飽和漏極電流是上限。如果你選擇了一個有較高飽和漏極電流的JFET,一定要確保不超過Q1的最大功耗值。

  注意,電路的電源電壓下限必須高于電路的3V電壓與傳感器產生的電壓降之和:ISOURCE×R2。電路的電源電壓上限決不能超過ISOURCE×R2+30V。例如,當為一個1kΩ壓力傳感器橋R2 加上2.5 mA 電流時,電源電壓范圍限制為5.5V ~ 32.5V。在電源電壓很寬范圍內,電路輸出電流的變動小于1mA(圖2)。

在電源電壓很寬范圍內

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