Wie man eine Konstantstromquelle herstellt

Ich verstehe keine aktuellen Quellen! Batterien sind Spannungsquellen, aber wie implementiert man tatsächlich eine Stromquelle? Ich habe mir aktuelle Spiegel angesehen, um zu sehen, wie sie funktionieren, und ich verstehe die Idee, dass die andere Hälfte einen nahezu identischen Strom erzeugt, aber woher kommt in den Diagrammen der aktuelle I_ref? Ist das nur eine Spannungsquelle über einem Widerstand? Wie könnte ich damit auch eine Last antreiben, die am Abfluss von M2 befestigt war?

Ich freue mich über jede Erklärung!

Wenn Sie eine Stromquelle haben möchten, die in uA festgelegt ist, benötigen Sie irgendwann eine primäre Spannungs- oder Stromquelle. Der Spiegel (wie der Name schon sagt) reflektiert nur einen bekannten Strom (möglicherweise höher oder niedriger, wenn Sie parallele Transistoren verwenden (Transistorgeometrie ändern) oder einen oder mehrere Emitterwiderstände einführen, also eher wie ein Vergrößerungsspiegel).

In einem IC (und außerhalb) können Sie alle Arten unterschiedlicher Stromquellen mit gewichteten Spiegeln und dergleichen aus einem einzigen Referenzstrom versorgen, aber Sie benötigen diesen Strom trotzdem. Einige ICs bringen diesen Knoten an einen Pin, und Sie schließen einen Widerstand an Vcc oder was auch immer an, damit alle Stromspiegel im Chip mit diesem Strom skaliert werden (der mehr oder weniger stabil ist, wenn Vcc >> 0,6 V ist).

Eine Spannungsreferenz und ein Widerstand sind eine Art Referenzstrom (beachten Sie jedoch, dass die Spannung eines Stromspiegeleingangs nicht Null ist und sich bei etwa -2 mV / ° C ändert, sodass sie bei Temperaturänderungen nur bei Spannungsreferenz stabil ist Sie verwenden hat eine passende Eigenschaft).

Eine Möglichkeit, eine Spannungsreferenz zu erhalten, besteht darin, eine Bandlückenreferenz zu erstellen, die natürlich etwa 1,25 V beträgt, aber auf eine beliebige Spannung verstärkt werden kann.

Ein IC, der es wert ist, untersucht zu werden, ist der TI (geborene Burr-Brown) REF200 , dessen Datenblatt einen repräsentativen Schaltplan enthält. Es verfügt über zwei zweipolige Stromquellen mit 100 uA +/- 0,5% und einen Präzisionsstromspiegel (vollständiger Wilson-Stromspiegel mit Emitter-Degenerationswiderständen). Siehe auch AB165 , das eine Vielzahl von Stromquellen abdeckt.

UMSETZUNG UND ANWENDUNG VON AKTUELLEN QUELLEN UND AKTUELLEN EMPFÄNGERN

Ich verstehe keine aktuellen Quellen! Batterien sind Spannungsquellen, aber wie implementiert man tatsächlich eine Stromquelle?

Hier ist eine Stromquellenschaltung, die einen Operationsverstärker verwendet: -

Diese Art von Stromquelle hängt davon ab, dass Vset an den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers angelegt wird. Aufgrund des Operationsverstärkers mit einer massiven Verstärkung im offenen Regelkreis kann davon ausgegangen werden, dass der invertierende Eingang die gleiche Spannung wie der nicht invertierende Eingang hat. Der Operationsverstärker erreicht dies mit negativer Rückkopplung - sein Ausgang steuert einen Transistor an, bis die Spannung über Rset gleich Vin ist. Daher ist der Strom aus dem Kollektor: -

$\dfrac{Vset}{Rset}$

Es gibt viel mehr Arten von Stromquellen, die ähnliche Ergebnisse liefern, ABER der Lastwiderstand muss in einem begrenzten Bereich liegen. Null Ohm ist in Ordnung, aber der Versuch, 1 mA durch einen 10k-Widerstand an einer 5V-Versorgung zu schieben, funktioniert nicht.

Auf Ihrem Bild kann Iref von überall her kommen - von einem externen Signal oder einem an eine Stromversorgung angeschlossenen Widerstand - der I ref-Strom kann leicht berechnet werden, da M1 als niedrige Impedanz mit einem Spannungsabfall wirkt - es ist besser, das Äquivalent zu betrachten BJT-Schaltung, da der Spannungsabfall eindeutig "0,7 V" beträgt, wenn die Basis an den Kollektor gebunden ist.

Die Implementierung dieses Stromspiegels beruht auf der Tatsache, dass V _DD konstant ist, der Widerstand einen bekannten Wert hat und V _GS einen konstanten Arbeitspunkt hat, den Sie aus dem Datenblatt (oder durch Experimentieren) abrufen können.

Wenn Sie wissen, dass V _DD und V _GS konstant sind, können Sie den Strom im linken Zweig mit dem Ohmschen Gesetz berechnen. Wenn dann beide Transistoren eng aufeinander abgestimmt sind, sind die Ströme in beiden Zweigen identisch. Beachten Sie, dass alles, was Sie im rechten Zweig tun, den Strom im linken Zweig auf keinen Fall beeinflussen kann.

Das Verständnis spezifischer Schaltungslösungen basiert auf der Aufdeckung der dahinter stehenden Grundideen. Mal sehen, was diese Ideen für den Fall sind ...

Um Strom zu erzeugen, benötigen wir nach dem Ohmschen Gesetz I = V / R nur Spannung und Widerstand. Wenn die Last also rein ohmsch wäre, bräuchten wir nur eine Spannungsquelle, um Strom zu erzeugen. Durch Ändern der Spannung können wir die gewünschte Stromstärke einstellen.

Wenn sich die Last jedoch wie eine Spannungsquelle verhält (z. B. eine wiederaufladbare Batterie, ein Kondensator, eine Zenerdiode, ein Kurzschluss, ein negativer Widerstand usw.), benötigen wir zusätzlichen Widerstand in Reihe, um den Strom einzustellen (zu begrenzen). Im allgemeinen Fall besteht die Stromquelle also aus zwei in Reihe geschalteten Elementen - einer Spannungsquelle mit der Spannung V und einem Widerstand mit dem Widerstand Ri ... und ist mit einer Last mit der Spannung VL und dem Widerstand RL verbunden. Diese vier Elemente sind in einem Kreis verbunden und jedes von ihnen beeinflusst die Stromstärke, die durch das Verhältnis der Gesamtspannung Vt und des Widerstands Rt bestimmt wird; I = Vt / Rt = (V ± VL) / (Ri ± RL). In dieser Anordnung versucht die Eingangsspannungsquelle, den Strom durch ihre Spannung V und ihren Widerstand Ri einzustellen, während die Last ihn durch ihre Spannung VL und ihren Widerstand RL stört.

Der einfachste Weg (typisch für Stromkreise) besteht darin, enorm zuzunehmen sowohl die Spannung als auch den Widerstand der Eingangsquelle (dies ist die bekannte Definition der idealen Stromquelle aus Lehrbüchern zur Elektrotechnik). Sie sind hoch, aber konstant (statisch) ... und das ist das Problem. Somit werden die Lastspannung und der Widerstand im Vergleich zu denen der Eingangsquelle vernachlässigbar. Es ist klar, dass die Herstellung einer guten Stromquelle auf diese Weise mit großen Leistungsverlusten im Widerstand verbunden ist.

Der klügere Weg (typisch für elektronische Schaltungen) besteht darin, die Quellenspannung oder den Widerstand zu variieren. Sie sind dynamisch, aber gering ... also sind die Leistungsverluste gering ... und das ist der Gewinn. Wir haben die Illusion eines extrem hohen (Differential-) Widerstands, aber der tatsächliche (statische) Widerstand ist niedrig. Mal sehen, wie diese Idee in die Praxis umgesetzt wird ...

Der Trick besteht darin, dass wenn die Last ihre Spannung oder ihren Widerstand erhöht / verringert, die Quelle ihre Spannung oder ihren Widerstand mit demselben Wert verringert / erhöht ; Der Strom ändert sich also nicht.

Diese Kompensation kann ohne negative Rückkopplung unter Verwendung einer folgenden Spannungsquelle (das sogenannte "Bootstrapping") oder eines stromstabilisierenden Widerstands (implementiert durch einen BJT oder FET mit einer konstanten Eingangsspannung) erfolgen.

Eine Variation dieser Technik besteht darin, stattdessen die Quellenspannung zu ändern, um der konstanten Quellenspannung eine zusätzliche Spannung in Reihe hinzuzufügen, wodurch der Aufprall der Last kompensiert wird. Diese Idee wird beispielsweise in der invertierenden Stromquelle des Operationsverstärkers verwirklicht .

Eine weitere extravagantere Idee besteht darin, zusätzlichen Strom in die Last einzuspeisen, indem eine zusätzliche Stromquelle parallel zur Haupteingangsquelle geschaltet wird . Es ist in der aktuellen Quelle von Howland implementiert .

Sie können mehr über diese Techniken in meinen Schaltungsgeschichten über Konstantstromquellen sehen .

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass wir bei Kenntnis grundlegender Ideen konkrete Schaltungskonfigurationen aus Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft erklären und realisieren können (implementiert durch Röhren, BJT, FET, Operationsverstärker usw.).