一文詳解場(chǎng)效應(yīng)管電流源

FET電流源是一種有源電路，它使用場(chǎng)效應(yīng)晶體管為電路提供恒定量的電流。但是，為什么還要恒定電流呢？恒流源和吸電流（吸電流與電流源相反）是一種非常簡(jiǎn)單的方法，只需使用單個(gè)FET和電阻即可形成具有恒定電流值的偏置電路或基準(zhǔn)電壓源，例如100uA、1mA或20mA。

FET電流源是一種有源電路，它使用場(chǎng)效應(yīng)晶體管為電路提供恒定量的電流。但是，為什么還要恒定電流呢？恒流源和吸電流（吸電流與電流源相反）是一種非常簡(jiǎn)單的方法，只需使用單個(gè)FET和電阻即可形成具有恒定電流值的偏置電路或基準(zhǔn)電壓源，例如100uA、1mA或20mA。
恒流源通常用于電容器充電電路，以實(shí)現(xiàn)精確定時(shí)目的或可充電電池充電應(yīng)用，以及線性LED電路，用于以恒定亮度驅(qū)動(dòng)LED串。
電阻電壓基準(zhǔn)也可以使用恒流源形成，因?yàn)槿绻离娮璧闹挡⑶伊鬟^(guò)它的電流是恒定且穩(wěn)定的，那么您可以簡(jiǎn)單地使用歐姆定律來(lái)找到壓降。
然而，創(chuàng)建基于FET的準(zhǔn)確可靠的恒流源的關(guān)鍵取決于使用低跨導(dǎo)FET以及精密電阻值將電流轉(zhuǎn)換為精確穩(wěn)定的電壓。
場(chǎng)效應(yīng)晶體管通常用于創(chuàng)建電流源，結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）和金屬氧化物半導(dǎo)體MOSFET已經(jīng)在低電流源應(yīng)用中使用。在最簡(jiǎn)單的形式中，JFET可用作電壓控制電阻，其中小柵極電壓控制其通道的導(dǎo)通。
偏置結(jié)FET
我們?cè)陉P(guān)于JFET的教程中看到，JFET是耗盡器件，而N溝道JFET是“正常導(dǎo)通”器件，直到柵源電壓（VGS）變?yōu)樨?fù)數(shù)以將其“關(guān)閉”。P溝道JFET也是“常導(dǎo)通”耗盡器件，需要柵極電壓變?yōu)樽銐蛘詫⑵洹瓣P(guān)閉”。
N溝道JFET偏置

該圖顯示了在其有源區(qū)域中使用時(shí)具有正常偏置的通用源配置N溝道JFET的標(biāo)準(zhǔn)排列和連接。這里的柵源電壓V一般事務(wù)人員等于柵極電源，或輸入電壓VG設(shè)置柵極和源極之間的反向偏置，而VDD提供從電源到漏極到源極的漏源電壓和電流。進(jìn)入JFET漏極端子的電流標(biāo)記為ID.
漏源電壓VDS是JFET的正向壓降，是漏極電流的函數(shù)，ID對(duì)于不同的門(mén)源V值一般事務(wù)人員。當(dāng)VDS處于最小值時(shí)，JFET的導(dǎo)電通道完全打開(kāi)，并且ID處于其最大值，稱(chēng)為漏源飽和電流ID（周六）或者只是我DSS.
當(dāng)VDS處于最大值時(shí)，JFET的導(dǎo)電通道完全閉合，（夾斷）所以我D隨漏源電壓V降至零DS等于漏極電源電壓VDD.柵極電壓，V一般事務(wù)人員JFET的溝道停止導(dǎo)通時(shí)稱(chēng)為柵極截止電壓V一般事務(wù)人員（關(guān)閉）。
N溝道JFET的這種公共源極偏置布置決定了JFET在沒(méi)有任何輸入信號(hào)V時(shí)的穩(wěn)態(tài)操作在作為V一般事務(wù)人員和我D是穩(wěn)態(tài)量，即JFET的靜止?fàn)顟B(tài)。
因此，對(duì)于共源JFET，柵源電壓V一般事務(wù)人員控制有多少電流流過(guò)漏極和拉極之間的JFET導(dǎo)電通道，使JFET成為電壓控制器件，因?yàn)槠漭斎腚妷嚎刂破渫ǖ离娏?。因此，我們可以通過(guò)繪制I來(lái)開(kāi)發(fā)一組輸出特性曲線D與V一般事務(wù)人員對(duì)于任何給定的JFET器件。
N溝道JFET輸出特性

JFET作為恒流源
然后我們可以使用它，因?yàn)閚溝道JFET是一個(gè)正常開(kāi)啟的設(shè)備，如果V一般事務(wù)人員足夠負(fù)，漏源導(dǎo)電通道閉合（截止），漏極電流降至零。對(duì)于n溝道JFET，漏極和源極之間導(dǎo)電溝道的閉合是由柵極周?chē)鷓型耗盡區(qū)域變寬引起的，直到其完全閉合溝道。N型耗盡區(qū)閉合p溝道JFET的通道。
因此，通過(guò)將柵源電壓設(shè)置為某個(gè)預(yù)定的固定負(fù)值，我們可以使JFET以零安培和I之間的特定值通過(guò)其通道傳導(dǎo)電流DSS分別使其成為理想的FET電流源?？紤]下面的電路。
JFET零電壓偏置

我們看到JFET的輸出特性曲線是ID與V一般事務(wù)人員對(duì)于常數(shù)VDS.但我們也注意到，JFET的曲線不會(huì)隨著V的大幅變化而變化很大。DS，并且該參數(shù)在建立導(dǎo)電通道的固定工作點(diǎn)時(shí)非常有用。
最簡(jiǎn)單的恒定FET電流源是JEFT的柵極端子短于其源極端子，如圖所示，JFET的導(dǎo)電通道是開(kāi)放的，因此通過(guò)它的電流將接近其最大值IDSS由于JFET在其飽和電流區(qū)域工作。
然而，這種恒流配置的操作和性能相當(dāng)差，因?yàn)镴FET始終與IDSS當(dāng)前值完全取決于設(shè)備類(lèi)型。
例如，2N36xx或2N43xxn溝道JFET系列只有幾毫安（mA），而較大的n溝道J1xx或PN4xxx系列可以是幾十毫安。另請(qǐng)注意，我DSS與制造商在其數(shù)據(jù)手冊(cè)上引用的相同部件號(hào)的器件之間會(huì)有很大差異，該零柵極電壓漏極電流的最小值和最大值，IDSS.
需要注意的另一點(diǎn)是，F(xiàn)ET基本上是一個(gè)壓控電阻，其導(dǎo)電通道具有與漏極和源極串聯(lián)的電阻值。該通道電阻稱(chēng)為RDS.正如我們所看到的，當(dāng)V一般事務(wù)人員=0，最大漏源電流流動(dòng)，因此JFET的溝道電阻，RDS必須處于最低限度，這是真的。
然而，溝道電阻并非完全為零，而是在FET的制造幾何形狀定義的某個(gè)低歐姆值下，可以高達(dá)50歐姆左右。當(dāng)FET導(dǎo)通時(shí)，該溝道電阻通常稱(chēng)為RDS（ON）并且處于其最小電阻值，當(dāng)V一般事務(wù)人員=0。因此高RDS（ON）值導(dǎo)致低IDSS反之亦然。
因此，JFET可以偏置為在低于其飽和電流的任何電流值下作為FET電流源器件工作，IDSS當(dāng)V一般事務(wù)人員等于零伏。當(dāng)V一般事務(wù)人員處于其V一般事務(wù)人員（關(guān)閉）截止電壓電平將有零漏極電流，（ID=0）因?yàn)橥ǖ狸P(guān)閉。因此通道漏電流，ID如圖所示，只要JFET器件在其有效區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，就會(huì)始終流動(dòng)。
JFET傳遞曲線

請(qǐng)注意，對(duì)于P溝道JFET，V一般事務(wù)人員（關(guān)閉）截止電壓將為正電壓，但其飽和電流，IDSS當(dāng)V獲得一般事務(wù)人員等于零伏將與N溝道設(shè)備相同。另請(qǐng)注意，傳遞曲線是非線性的，因?yàn)槁O電流通過(guò)開(kāi)路增加得更快，如V一般事務(wù)人員接近零伏。
JFET負(fù)電壓偏置

我們記得JFET是一種始終處于“導(dǎo)通”狀態(tài)的耗盡模式器件，因此N溝道JFET需要負(fù)柵極電壓，P溝道JFET需要正柵極電壓才能將其“關(guān)閉”。用正電壓偏置N溝道JFET，或用負(fù)電壓偏置P溝道JFET將打開(kāi)導(dǎo)電溝道，甚至進(jìn)一步強(qiáng)制溝道電流，ID超越我DSS.
但是如果我們使用I的特征曲線D反對(duì)V一般事務(wù)人員，我們可以設(shè)置V一般事務(wù)人員到某個(gè)負(fù)電壓電平，比如-1V，-2V或-3V，也可以創(chuàng)建一個(gè)固定的JFET恒流源，我們需要在零和I之間達(dá)到任何電流水平DSS.
但對(duì)于更精確的恒流源并改進(jìn)了調(diào)節(jié)，最好將JFET偏置在其最大值I的10%至50%左右DSS價(jià)值。這也有助于我2*R功率通過(guò)阻性通道損耗，因此降低了加熱效應(yīng)。
因此，我們可以看到，通過(guò)偏置JFET的柵極端子，具有某個(gè)負(fù)電壓值，或者P溝道JFET的正電壓，我們可以建立其工作點(diǎn)，允許溝道導(dǎo)通并通過(guò)一定值的漏極電流，ID.對(duì)于不同的V值一般事務(wù)人員、JFET漏極電流ID可以用數(shù)學(xué)方式表示為：
JFET漏極電流公式

場(chǎng)效應(yīng)管恒流源示例No1
J107N溝道開(kāi)關(guān)JFET的制造商數(shù)據(jù)表顯示，它具有IDSS當(dāng)V時(shí)為40mA一般事務(wù)人員=0，最大V一般事務(wù)人員（關(guān)閉）值為-6.0伏。使用這些聲明值，計(jì)算JFET的漏極電流值，當(dāng)V一般事務(wù)人員=0，V一般事務(wù)人員=-2伏，當(dāng)V一般事務(wù)人員=-5伏。還顯示了J107的傳遞特性曲線。
1）當(dāng)V一般事務(wù)人員=0V
當(dāng)V一般事務(wù)人員=0V導(dǎo)電通道開(kāi)路，最大漏極電流流過(guò)。
因此我D=IDSS=40毫安。
2）當(dāng)V一般事務(wù)人員=-2V

3）當(dāng)V一般事務(wù)人員=-5V

4）J107傳遞特性曲線

因此，我們可以看到，作為柵源電壓，V一般事務(wù)人員接近柵極-源極截止電壓，V一般事務(wù)人員（關(guān)閉）漏極電流，ID減少。在這個(gè)簡(jiǎn)單的例子中，我們計(jì)算了兩點(diǎn)的漏極電流，但使用額外的V值進(jìn)行計(jì)算一般事務(wù)人員在零點(diǎn)和截止點(diǎn)之間將為我們提供更準(zhǔn)確的曲線形狀。
JFET電流源
當(dāng)JFET的柵源結(jié)反向偏置時(shí)，JFET可以作為電壓控制的恒流源工作，對(duì)于N溝道器件，我們需要一個(gè)-V一般事務(wù)人員對(duì)于P溝道設(shè)備，我們需要+V一般事務(wù)人員。這里的問(wèn)題是JFET需要兩個(gè)獨(dú)立的電壓電源，一個(gè)用于VDD另一個(gè)用于V一般事務(wù)人員。
但是，如果我們?cè)谠礃O和地之間放置一個(gè)電阻（0伏），我們可以達(dá)到必要的V一般事務(wù)人員JFET的自偏置布置，僅使用V作為恒流源工作DD電源電壓?？紤]下面的電路。
JFET電流源

乍一看，您可能會(huì)認(rèn)為這種配置看起來(lái)非常類(lèi)似于我們?cè)趫?chǎng)效應(yīng)管教程。
然而，這次的不同之處在于，雖然FET的柵極端子仍然直接接地（VG=0），由于源極電阻兩端的壓降，源端處于高于零電壓地的某個(gè)電壓電平，RS.
因此，當(dāng)溝道電流流過(guò)外部源電阻時(shí)，JFET的柵源電壓將小于（大于負(fù)大于）零（V一般事務(wù)人員《0）。
外部源電阻，RS提供反饋電壓，用于自偏置JFET的柵極端子，無(wú)論漏源電壓發(fā)生任何變化，也能保持漏極電流通過(guò)通道的恒定。因此，我們唯一需要的電壓源是電源電壓VDD以提供漏極電流和偏置。
因此，JFET使用源極電阻兩端的壓降（VRS）設(shè)置柵極偏置電壓V一般事務(wù)人員因此，正如我們上面看到的通道電流。因此，增加R的電阻值S將降低通道漏極電流ID，反之亦然。但是，如果我們想構(gòu)建一個(gè)JFET恒流源電路，那么對(duì)于這個(gè)外部源電阻器來(lái)說(shuō)，什么是合適的值，RS.
特定N溝道JFET的制造商數(shù)據(jù)表將為我們提供V的值一般事務(wù)人員（關(guān)閉）和我DSS.知道這些值為兩個(gè)參數(shù)，我們可以將上述JFET方程轉(zhuǎn)置為漏極電流，ID查找V的值一般事務(wù)人員對(duì)于任何給定的漏極電流值，ID介于零和I之間DSS如圖所示。
JFET柵極至源極電壓公式

在找到給定漏極電流所需的柵源電壓后，只需使用歐姆定律即可找到所需的源極偏置電阻值，即R=V/I。因此：
JFET源電阻公式

場(chǎng)效應(yīng)管恒流源示例No2
從上方使用J107N溝道JFET器件，該器件具有IDSS當(dāng)V時(shí)為40mA一般事務(wù)人員=0，最大V一般事務(wù)人員（關(guān)閉）值為-6.0伏。計(jì)算產(chǎn)生20mA恒定通道電流所需的外部源電阻值，并再次計(jì)算產(chǎn)生5mA恒定電流所需的外部源電阻值。
1）V一般事務(wù)人員對(duì)于我D=20mA
2）V一般事務(wù)人員對(duì)于我D=5mA

因此當(dāng)V一般事務(wù)人員（關(guān)閉）和我DSS兩者都是已知的，我們可以使用上述公式來(lái)找到偏置特定漏極電流的柵極電壓所需的源電阻，在我們的簡(jiǎn)單示例中，87mA時(shí)為5.20Ω，776mA時(shí)為5Ω。因此，增加一個(gè)外部源電阻可以調(diào)整電流源輸出。
如果我們用電位計(jì)代替固定值電阻，我們可以使JFET恒流源完全可調(diào)。例如，我們可以用一個(gè)1kΩ電位計(jì)或微調(diào)器代替上面示例中的兩個(gè)源極電阻。此外，除了完全可調(diào)外，該JFET恒流源電路的漏電流即使V發(fā)生變化也將保持恒定DS.
場(chǎng)效應(yīng)管恒流源示例No3
需要一個(gè)N溝道JFET來(lái)改變5mm圓形紅色LED負(fù)載的亮度，介于8mA和15mA之間。如果JFET恒流源電路由15V直流電源供電，則計(jì)算當(dāng)開(kāi)關(guān)JFET具有最大V時(shí)，在最小亮度和最大亮度之間照亮LED所需的JFET源電阻一般事務(wù)人員（關(guān)閉）值為-4.0伏和IDSS當(dāng)V時(shí)為20mA一般事務(wù)人員=0。繪制電路圖。
1）V一般事務(wù)人員對(duì)于我D=8mA

2）V一般事務(wù)人員對(duì)于我D=15mA

然后，我們需要一個(gè)能夠在36Ω和184Ω之間改變其電阻的外部電位計(jì)。最接近的首選電位器值為200Ω。
可調(diào)JFET恒流源

使用電位計(jì)或微調(diào)器代替固定值源電阻，RS將允許我們改變或微調(diào)流過(guò)JFET導(dǎo)電通道的電流。
但是，為了確保通過(guò)FET器件的良好電流調(diào)節(jié)，從而獲得更穩(wěn)定的電流，最好將流過(guò)LED的最大通道電流（本例中為15mA）限制在JFET的10%至50%之間。DSS價(jià)值。
使用MOSFET創(chuàng)建恒定電流源可實(shí)現(xiàn)更大的通道電流和更好的電流調(diào)節(jié)，并且與僅作為常導(dǎo)斷模式器件提供的JFET不同，MOSFET在耗盡模式（常通）和增強(qiáng)模式（常關(guān)）器件中均可用，作為P溝道或N溝道類(lèi)型，允許更大范圍的電流源選擇。
場(chǎng)效應(yīng)管恒流源摘要
我們?cè)诒窘坛讨幸呀?jīng)看到有關(guān)FET恒流源的信息，由于其通道電阻特性，場(chǎng)效應(yīng)晶體管可用于向負(fù)載提供恒定電流，并在需要向連接的負(fù)載提供固定電流的電子電路中找到了許多應(yīng)用。
恒流電路可以使用耗盡模式FET構(gòu)建，也可以使用BJT（雙極結(jié)型晶體管）或這兩種器件的組合。請(qǐng)記住，JFET是電壓控制器件，而不是像雙極結(jié)型晶體管那樣的電流控制器件。
結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（JFET）的主要特征之一是，由于它是一種驅(qū)蟲(chóng)器件，其導(dǎo)電通道始終是開(kāi)放的，因此需要柵源電壓V一般事務(wù)人員以將其“關(guān)閉”。
五世一般事務(wù)人員（關(guān)閉）N溝道JFET所需的電壓范圍從0伏（用于通道完全導(dǎo)通）到某個(gè)負(fù)值（通常為幾伏）以完全關(guān)閉JFET，從而關(guān)閉通道。因此，通過(guò)將JFET的柵極端子偏置在零和V之間的某個(gè)固定值一般事務(wù)人員（關(guān)閉），我們可以控制通道耗盡層的寬度，從而控制其電阻值，通過(guò)固定和恒定的電流量。對(duì)于P溝道JFET，其V一般事務(wù)人員（關(guān)閉）值范圍從全通道傳導(dǎo)的0伏到特定V的幾伏的正值DS價(jià)值。
給定JFET器件的恒定電流調(diào)節(jié)和容差與漏極電流量ID通過(guò)通道。通過(guò)特定設(shè)備的漏極電流越低，調(diào)節(jié)效果越好。JFET偏置在其最大值I的10%至50%之間DSS價(jià)值將改善設(shè)備的調(diào)節(jié)和性能。這是通過(guò)在源端子和柵極端子之間連接外部電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
如上所示，柵極-源極反饋電阻為JFET提供必要的自偏置，使其能夠在遠(yuǎn)低于其飽和電流I的任何電流水平下作為恒定電流源工作。DSS.此外部源電阻，RS可以使用電位計(jì)的固定電阻值或變量。