ADALM2000实验：稳定电流源

作者：ADI公司　　Doug Mercer，顾问研究员　　　Antoniu Miclaus，系统应用工程师

本文将重点讨论使用双极性结型晶体管（BJT）和NMOS晶体管的稳定电流源。

稳定电流源（BJT）

目标

本实验旨在研究如何利用零增益概念来产生稳定（对输入电流电平的变化较不敏感）的输出电流。

材料

• ADALM2000主动学习模块
• 无焊面包板
• 一个2.2 kΩ电阻（或其他类似值）
• 一个100 Ω电阻
• 一个4.7 kΩ电阻
• 两个小信号NPN晶体管（2N3904或SSM2212）

说明

BJT稳定电流源对应的电路如图1所示。

图1.稳定电流源

硬件设置

面包板连接如图2所示。W1的输出驱动电阻R1的一端。电阻R1和R2以及晶体管Q1按照2020年11月StudentZone文章所示进行连接。由于Q2的VBE始终小于Q1的VBE，因此可能的话，从器件库存中选择Q1和Q2满足条件——在相同集电极电流下，Q2的VBE小于Q1的VBE。晶体管Q2的基极连接到Q1集电极的零增益输出。R3连接在Vp电源和Q2的集电极之间，与2+示波器输入一起用来测量集电极电流。

图2.NMOS零增益放大器面包板电路

程序步骤

零增益放大器可用于创建稳定的电流源。现在，当W1所表示的输入电源电压变化时，晶体管Q1的集电极所看到的电压更为稳定，因此可以将其用作Q2的基极电压，以在晶体管Q2中产生更稳定的电流。

波形发生器配置为1 kHz三角波，峰峰值幅度为3 V，偏置为1.5 V。示波器通道2的输入（2+）用于测量Q2集电极上的稳定输出电流。

配置示波器以捕获所测量的两个信号的多个周期。确保启用XY功能。

使用示波器的波形图示例如图3和图4所示。

图3.Q2集电极电压与W1电压的关系

图4.Q2集电极电流与W1电压关系的示波器图

稳定电流源（NMOS）

材料

• ADALM2000主动学习模块
• 无焊面包板
• 一个2.2 kΩ电阻（或其他类似值）
• 一个168 Ω电阻（将100 Ω和68 Ω电阻串联）
• 一个4.7 kΩ电阻
• 两个小信号NMOS晶体管（CD4007或ZVN2110A）

说明

MOS稳定电流源对应的电路如图5所示。

图5.稳定电流源

图6.稳定电流源面包板电路

硬件设置

面包板连接如图6所示。波形发生器W1的输出驱动电阻R1的一端。电阻R1和R2以及晶体管M1按照2020年11月StudentZone文章所示进行连接。由于M2的VGS始终小于M1的VGS，因此可能的话，从器件库存中选择M1和M2满足——在相同漏极电流下，M2的VGS小于M1的VGS。晶体管M2的栅极连接到M1漏极的零增益输出。R3连接在Vp电源和M2的漏极之间，与2+示波器输入一起用来测量漏极电流。

程序步骤

波形发生器配置为1 kHz三角波，峰峰值幅度为4 V，偏置为2 V。示波器通道2的输入（2+）用于测量M2漏极上的稳定输出电流。

配置示波器以捕获测量的两个信号的多个周期。确保启用XY功能。

图7提供了示波器显示的图像示例。

图7.M2漏极电压与W1电压的关系

关于BJT和NMOS的问题

• 此类电路有时称为峰化电流源。您认为为什么会使用此命名规则？
• 输出电流的峰值很窄。如何调整电路以产生更宽、更平坦的峰值？

您可以在学子专区博客上找到问题答案。

作者简介

Doug Mercer于1977年毕业于伦斯勒理工学院（RPI），获电子工程学士学位。自1977年加入ADI公司以来，他直接或间接贡献了30多款数据转换器产品，并拥有13项专利。他于1995年被任命为ADI研究员。2009年，他从全职工作转型，并继续以名誉研究员身份担任ADI顾问，为“主动学习计划”撰稿。2016年，他被任命为RPI ECSE系的驻校工程师。

Antoniu Miclaus现为ADI公司的系统应用工程师，从事ADI教学项目工作，同时为Circuits from the Lab®、QA自动化和流程管理开发嵌入式软件。他于2017年2月在罗马尼亚克卢日-纳波卡加盟ADI公司。他目前是贝碧思鲍耶大学软件工程硕士项目的理学硕士生，拥有克卢日-纳波卡科技大学电子与电信工程学士学位。