ADALM2000實驗： 浮動（2埠）源極/汲極電流

作者：ADI顧問研究員Doug Mercer 及系統應用工程師Antoniu Miclaus


目標

本實驗目的在研究如何利用ΔVBE概念來產生穩定（對輸入電壓位準的變化較不敏感）的輸出電流。使用回饋來建構在一定的電源電壓範圍內產生恆定或調節輸出電流的電路。

材料

  • ADALM2000 主動學習模組
  • 無焊試驗板
  • 一個500 Ω可變電阻、電位計
  • 一個100 Ω電阻
  • 三個小訊號NPN電晶體(2N3904)
  • 三個小訊號PNP電晶體(2N3906)

說明

在無焊試驗板上建構圖1所示的電路。藍色方框表示ADALM2000的連接位置。PNP電晶體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電晶體Q4、Q5和Q6以及可變電阻R1形成電路的ΔVBE部分。電阻R2用於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）。

 

Figure 1. Floating current source (as a sink tied to a negative supply).
圖1.浮動電流源（汲極電流連接至負電源）。

 

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

 

Equation 1

 

由於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，這個特徵可能有用，但在其他情況下，可能不適宜。

硬體設定

試驗板電路連接如圖2所示。

 

Figure 2. Floating current source (as a sink tied to a negative supply) breadboard circuit.
圖2.浮動電流源（汲極電流連接到負電源）試驗板電路。

 

程式步驟

將波形產生器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在水準軸上，通道2在垂直軸上。確保在完成並反覆檢查接線之後，再打開電源。

 

Figure 3. Floating current source (as a sink tied to a negative supply) Scopy XY plot example.
圖3.浮動電流源（汲極電流連接到負電源）示波器XY圖示例。

 

 

Figure 4. Floating current source (as a sink tied to a negative supply) LTspice XY plot example using ideal components.
圖4.使用理想元件的浮動電流源（汲極電流連接到負電源）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並重複測量。

 

Figure 5. Floating current source (as a source tied to a positive supply).
圖5.浮動電流源（源極電流連接到正電源）。

 

硬體設定

試驗板電路連接如圖6所示。

 

Figure 6. Floating current source (as a sink tied to a positive supply) breadboard circuit.
圖6.浮動電流源（汲極電流連接到正電源）試驗板電路。

 

程式步驟

將波形產生器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在水準軸上，通道2在垂直軸上。確保在完成並反覆檢查接線之後，再打開電源。

 

Figure 7. Floating current source (as a sink tied to a positive supply) XY plot.
圖7.浮動電流源（汲極電流連接到正電源）XY圖。

 

 

Figure 8. Floating current source (as a sink tied to a positive supply) LTspice XY plot example using ideal components.
圖8.使用理想元件的浮動電流源（汲極電流連接到正電源）LTspice XY圖示例。

 

問題：

透過分析電路的LTspice®圖，電流源保持相對恆定電流所需的最小電壓是多少？

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