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如何利用ΔVBE概念來產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電流

發(fā)布時間:2021-03-17 來源:Doug Mercer 和 Antoniu Miclaus 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】本實驗旨在研究如何利用ΔVBE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(lán)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)。
 
如何利用ΔVBE概念來產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電流
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,VBE差將為:
 
如何利用ΔVBE概念來產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電流
 
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。
 
硬件設(shè)置
 
試驗板電路連接如圖2所示。
 
如何利用ΔVBE概念來產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電流
圖2.浮動電流源(吸電流連接到負(fù)電源)試驗板電路。
 
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。
 
如何利用ΔVBE概念來產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電流
圖3.浮動電流源(吸電流連接到負(fù)電源)示波器XY圖示例。
 
如何利用ΔVBE概念來產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電流
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。
 
如何利用ΔVBE概念來產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電流
圖5.浮動電流源(源電流連接到正電源)。
 
硬件設(shè)置
 
試驗板電路連接如圖6所示。
 
如何利用ΔVBE概念來產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電流
圖6.浮動電流源(吸電流連接到正電源)試驗板電路。
 
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。
 
如何利用ΔVBE概念來產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電流
圖7.浮動電流源(吸電流連接到正電源)XY圖。
 
如何利用ΔVBE概念來產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電流
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?
 
 
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