學(xué)子專區(qū)—ADALM2000實驗：浮動（2端口）電流源/吸電流

目標(biāo)

本實驗旨在研究如何利用ΔV_BE概念來產(chǎn)生穩(wěn)定（對輸入電壓電平的變化較不敏感）的輸出電流。使用反饋來構(gòu)建在一定的電源電壓范圍內(nèi)產(chǎn)生恒定或調(diào)節(jié)輸出電流的電路。

材料

●   ADALM2000主動學(xué)習(xí)模塊

●   無焊試驗板

●    一個500 Ω可變電阻、電位計

●   一個100 Ω電阻

●   三個小信號NPN晶體管(2N3904)

●   三個小信號PNP晶體管(2N3906)

說明

在無焊試驗板上構(gòu)建圖1所示的電路。藍色方框表示ADALM2000的連接位置。PNP晶體管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晶體管Q4、Q5和Q6以及可變電阻R1形成電路的ΔVBE部分。電阻R2用于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）。

圖1 浮動電流源（吸電流連接到負(fù)電源）

輸出電流通過R1設(shè)置。Q4與Q5和Q6的并聯(lián)組合之間的VBE差(ΔVBE)出現(xiàn)在R1上。PNP鏡（Q1、Q2和Q3）的增益為2（假定它們的大小相同）。因此，Q4中的電流是Q5和Q6組合電流的兩倍。我們再假定Q4、Q5和Q6的大小也相同，電流密度比為4，V_BE差將為：

由于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，這個特征可能有用，但在其他情況下，可能不適宜。

圖2 浮動電流源（吸電流連接到負(fù)電源）試驗板電路

硬件設(shè)置

試驗板電路連接如圖2所示。

程序步驟

將波形發(fā)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(yīng)同時在電壓與時間和XY模式中設(shè)置，通道1在水平軸上，通道2在垂直軸上。確保在完成并反復(fù)檢查接線之后，再打開電源。

圖3 浮動電流源（吸電流連接到負(fù)電源）示波器XY圖示例

圖4 使用理想組件的浮動電流源（吸電流連接到負(fù)電源）LTspice XY圖示例

證明電路的浮動特性

在圖1中，我們以負(fù)電源作為電路負(fù)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并重復(fù)測量。

圖5 浮動電流源（源電流連接到正電源）

圖6 浮動電流源（吸電流連接到正電源）試驗板電路

硬件設(shè)置

試驗板電路連接如圖6所示。

程序步驟

將波形發(fā)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(yīng)同時在電壓與時間和XY模式中設(shè)置，通道1在水平軸上，通道2在垂直軸上。確保在完成并反復(fù)檢查接線之后，再打開電源。

圖7 浮動電流源（吸電流連接到正電源）XY圖

圖8 使用理想組件的浮動電流源（吸電流連接到正電源）LTspice XY圖示例

問題：

通過分析電路的LTspice^?圖，電流源保持相對恒定電流所需的最小電壓是多少？您可以在學(xué)子專區(qū)博客上找到問題答案。

作者簡介

Doug Mercer于1977年畢業(yè)于倫斯勒理工學(xué)院(RPI)，獲電子工程學(xué)士學(xué)位。自1977年加入ADI公司以來，他直接或間接貢獻了30多款數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品，并擁有13項專利。他于1995年被任命為ADI研究員。2009年，他從全職工作轉(zhuǎn)型，并繼續(xù)以名譽研究員身份擔(dān)任ADI顧問，為“主動學(xué)習(xí)計劃”撰稿。2016年，他被任命為RPI ECSE系的駐校工程師。

Antoniu Miclaus現(xiàn)為ADI公司的系統(tǒng)應(yīng)用工程師，從事ADI教學(xué)項目工作，同時為Circuits from the Lab?、QA自動化和流程管理開發(fā)嵌入式軟件。他于2017年2月在羅馬尼亞克盧日-納波卡加盟ADI公司。他目前是貝碧思鮑耶大學(xué)軟件工程碩士項目的理學(xué)碩士生，擁有克盧日-納波卡科技大學(xué)電子與電信工程學(xué)士學(xué)位。