原创 Bruce Trump系列---电流源（以及电流阱）——对顺从电压范围的理解

作者：Bruce Trump，德州仪器 (TI)

标签：Howland 电流泵、电流阱、电流源。

许多人在我们的论坛询问如何进行各类电流源的设计——恒定电流、压控电流、AC 电流、大电流、小电流、有源电流源以及无源电流阱等。一篇博文不可能说清所有这些内容。但是，我可以为您介绍一些基础背景知识，并为您提供一些获取更多详情的链接地址。

重点是，电流源不可能在没有必要电压的情况下迫使电流流入负载。把某个电流源看作是一个电路，它对其输出电压进行调节，以使预期电流流入负载。如果没有 10V 的电压，则您无法使 10Ma 的电流流入 1k-ohm 负载。或许更加重要的是，在没有形成 1000V 输出的情况下，您无法使 10Ma 的电流流入　100kΩ　负载。每过一段时间，就会有人问我们如何使用一些简单的运算放大器电路，在没有 1000V 运算放大器甚至 1000V 电源的情况下完成上述不可能完成的任务。

正如我的同事所言：“这是欧姆定律，而非欧姆建议。”

这里的问题是，理解电流源的顺从输出电压范围。它是电路保持恒定电流的电压范围。我用图 1 所示的电路作为示例（实际为一个电流阱）进行说明一下，它是一款经过无数工程师设计和改进的电路。

使用 REF1112 分路调节器（像齐纳二极管，但为低压），在运算放大器输入端形成参考电压。通过 R2 反馈重复形成相同的电压。由于漏电流实际与源电流完全一样，因此这样便得到输出电流。工程师们更喜欢“看图片”，因此我鼓励你们阅读并理解该图中的一些注释。

图 2 所示图形模拟显示了这种电路的恒流输出电压范围。电压源 Vs 从 0V 上升至 30V。在这种情况下，负载电压 VOUT 与 Vs 相同，即为 MOSFET 漏极的电压。需要注意的是，由于 Vs 从 0V 增加至 1.2V，输出电流 Iout 也稳定上升。在这一范围，其电压并不足以实现正常的运行。一旦 Vs 刚好达到 1.2V 以上，则电流以 1.25Ma 预期值进行调节，从而保持 30V 恒定电压。1.3V 到 30V 为该电流阱的恒流输出电压范围。模拟过程在 30V 时停止，即所选 MOSFET 的额定电压。使用更高电压的 MOSFET 和更高的电源电压，会极大增加该电流阱的恒流输出电压范围。

电流源电路的类型数不胜数。所有这些电流源电路都有其恒流输出电压范围限制。仔细思考，小心操作，您就可以选择正确的电流源类型，并对其进行优化，得到您需要的恒流输出电压范围。

下面是两个优秀的参考文献，其作者均为已故的模拟技术专家，文献就是他们留给我们的一笔珍贵遗产：

我的同事也是我的朋友 Mark Stitt 撰写了这份内容全面的应用学报：《电流源与电流阱的实施和应用》。文章重点介绍了 REF200，它是一款通用、集成 2x 100Ua 电流源，是我们共同协力完成的一个优秀项目。文章涉及内容广泛，是一篇极好的通用参考文献。RIP RMS。

模拟技术专家 Bob Pease 撰写了一篇关于 Howland 电流泵（电流源/电流阱）的文章。这是一篇优秀的参考资料，融合了作者对 Howland 电流泵的精妙阐述。RIP RAP。《豪兰电流泵全面研究》

如果您有喜欢的电流源相关参考文章，请与我们一起分享。

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Bruce