學子專區— ADALM2000實驗:穩定電流源

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


本文將重點討論使用雙極性結型電晶體(BJT)和NMOS電晶體的穩定電流源。

穩定電流源(BJT)

目標

本實驗旨在研究如何利用零增益概念來產生穩定(對輸入電流位準的變化較不敏感)的輸出電流。

材料

  • ADALM2000 主動學習模組
  • 無焊麵包板
  • 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
  • 兩個小訊號NPN電晶體(2N3904或SSM2212)

說明

BJT穩定電流源對應的電路如圖1所示。

Figure 1. Stabilized current source.
圖1.穩定電流源

硬體設置

麵包板連接如圖2所示。W1的輸出驅動電阻R1的一端。電阻R1和R2以及電晶體Q1按照 2020年11月StudentZone文章所示進行連接。由於Q2的VBE始終小於Q1的VBE,因此可能的話,從元件庫存中選擇Q1和Q2滿足條件——在相同集電極電流下,Q2的VBE小於Q1的VBE。電晶體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。

Figure 2. Stabilized current source breadboard circuit.
圖2.NMOS零增益放大器麵包板電路

程式步驟

零增益放大器可用於創建穩定的電流源。現在,當W1所表示的輸入電源電壓變化時,電晶體Q1的集電極所看到的電壓更為穩定,因此可以將其用作Q2的基極電壓,以在電晶體Q2中產生更穩定的電流。

波形產生器配置為1 kHz三角波,峰對峰值幅度為3 V,偏置為1.5 V。示波器通道2的輸入(2+)用於測量Q2集電極上的穩定輸出電流。

配置示波器以捕捉所測量的兩個訊號的多個週期。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。

Figure 3. Q2 collector voltage vs. W1 voltage.
圖3.Q2集電極電壓與W1電壓的關係
Figure 4. Q2 collector current vs. W1 voltage Scopy plot.
圖4.Q2集電極電流與W1電壓關係的示波器圖

穩定電流源(NMOS)

材料

  • ADALM2000主動學習模組
  • 無焊麵包板
  • 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)
  • 一個4.7 kΩ電阻
  • 兩個小訊號NMOS電晶體(CD4007或ZVN2110A)

說明

MOS穩定電流源對應的電路如圖5所示。

Figure 5. Stabilized current source.
圖5.穩定電流源

硬體設置

麵包板連接如圖6所示。波形產生器W1的輸出驅動電阻R1的一端。電阻R1和R2以及電晶體M1按照 2020年11月StudentZone文章所示進行連接。由於M2的VGS始終小於M1的VGS,因此可能的話,從元件庫存中選擇M1和M2滿足——在相同漏極電流下,M2的VGS小於M1的VGS。電晶體M2的閘極連接到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。

Figure 6. Stabilized current source breadboard circuit.
圖6.穩定電流源麵包板電路

程式步驟

波形產生器配置為1 kHz三角波,峰對峰值幅度為4 V,偏置為2 V。示波器通道2的輸入(2+)用於測量M2漏極上的穩定輸出電流。

配置示波器以捕捉測量的兩個訊號的多個週期。確保啟用XY功能。

圖7提供了示波器顯示的圖像示例。

Figure 7. The M2 drain voltage vs. W1 voltage.
圖7.M2漏極電壓與W1電壓的關係

關於BJT和NMOS的問題

  • 此類電路有時稱為峰化電流源。您認為為什麼會使用此命名規則?
  • 輸出電流的峰值很窄。如何調整電路以產生更寬、更平坦的峰值?

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