【導(dǎo)讀】許多過(guò)程控制傳感器，例如熱敏電阻和應(yīng)變計(jì)電橋，都需要的偏置電流。通過(guò)添加單個(gè)電流設(shè)置電阻器 R 1，您可以配置電壓參考電路 IC 1 以產(chǎn)生恒定且的電流源（圖 1 ）。然而，信號(hào)源的誤差取決于 R 1 和 IC 1的精度 ，并影響測(cè)量精度和分辨率。盡管您可以指定精度超過(guò)常用電壓基準(zhǔn) IC 精度的高精度電阻，但基準(zhǔn)電壓源的誤差決定了該電流源的精度。盡管制造商限度地降低了電壓基準(zhǔn)的溫度敏感性和輸出電壓誤差，但對(duì)電源變化的敏感性可能會(huì)影響其精度，特別是在必須在較寬電源電壓范圍內(nèi)運(yùn)行的過(guò)程控制應(yīng)用中。
許多過(guò)程控制傳感器，例如熱敏電阻和應(yīng)變計(jì)電橋，都需要的偏置電流。通過(guò)添加單個(gè)電流設(shè)置電阻器 R 1，您可以配置電壓參考電路 IC 1 以產(chǎn)生恒定且的電流源（圖 1 ）。然而，信號(hào)源的誤差取決于 R 1 和 IC 1的精度 ，并影響測(cè)量精度和分辨率。盡管您可以指定精度超過(guò)常用電壓基準(zhǔn) IC 精度的高精度電阻，但基準(zhǔn)電壓源的誤差決定了該電流源的精度。盡管制造商限度地降低了電壓基準(zhǔn)的溫度敏感性和輸出電壓誤差，但對(duì)電源變化的敏感性可能會(huì)影響其精度，特別是在必須在較寬電源電壓范圍內(nèi)運(yùn)行的過(guò)程控制應(yīng)用中。
圖 1 一對(duì)共源共柵連接的 JFET 可降低電源電壓波動(dòng)對(duì)電流源精度的影響。
一對(duì)共源共柵連接的 JFET Q 1 和 Q 2形成恒流源，限度地降低參考電路對(duì)電源電壓波動(dòng)的敏感度，并將 IC 1的工作電壓擴(kuò)展至超過(guò)其 5.5V 額定值。此外，Q 1 和Q 2 有效地將電流源的等效電阻從幾兆歐增加到幾乎千兆歐范圍。在電路的諾頓模型中，等效電阻代表理想電流源上的并聯(lián)電阻。
當(dāng)柵源偏置電壓為 0V 時(shí)，N 溝道 JFET 在飽和漏極電流下作為耗盡型器件運(yùn)行。與需要柵極偏置電壓才能導(dǎo)通的耗盡型 MOSFET 不同，JFET 在默認(rèn)導(dǎo)通狀態(tài)下工作，需要柵極偏置電壓來(lái)切斷導(dǎo)通。當(dāng)其柵源電壓相對(duì)于源極變得更負(fù)時(shí)，JFET 的漏極電流在夾斷電壓處變?yōu)榱恪?JFET 的漏極電流大致隨其柵極偏壓變化： I D ≈I DSS ×(1+V GS /V P ) 2，其中 I D 為漏極電流，I DSS 為飽和漏極電流，V GS 為柵極至柵極電壓。 -源電壓，V P 是夾斷電壓。
假設(shè)IC 1的輸出電壓V REF保持恒定在1.8V。由于輸出電壓驅(qū)動(dòng)Q 2的柵極，因此IC 1的輸入電壓V IN等于V REF –V GS(Q2)，即1.8V–(–1.2V)=3V。因此，Q 2的柵源電壓保持在其1.2V的標(biāo)稱夾斷電壓，并且隨著電流源的微小變化而同步變化。當(dāng)電源電壓從 3V 變化到 30V 以上時(shí)，輸入電壓幾乎保持恒定，正如您所期望的，因?yàn)?V REF 也保持恒定。共源共柵 FET 配置使電流源的諾頓等效電阻超過(guò)了電壓基準(zhǔn)和單獨(dú)的 R 1 的電阻 。您可以使用單個(gè) JFET，但堆疊兩個(gè) JFET 可以進(jìn)一步增強(qiáng)電路的有效阻抗。請(qǐng)注意，IC 1 不會(huì)降低精度，因?yàn)?JFET 使 IC 1的輸入電壓幾乎保持恒定，并且 IC 1 有效地消除了初始柵源電壓變化以及 Q 1 和 Q 2 引入的溫度影響。
由V IN、V REF和V GS(Q2)組成的基爾霍夫電壓環(huán)路中的負(fù)反饋允許漏極電流達(dá)到滿足Q 2傳輸方程的 平衡偏置點(diǎn)。 Q 2的漏極電流由 (V REF /R 1 ) 加上 IC 1的內(nèi)部“內(nèi)務(wù)”電流 I GND之和組成，保持恒定。添加 Q 1可以將 Q 2輸出阻抗 的影響降低到微不足道的程度。調(diào)整 R 1的值 可在 200 ?A 至 5 mA 的有用范圍內(nèi)改變電路的輸出電流，其中 Q 2的飽和漏極電流規(guī)格規(guī)定了上限。如果您選擇具有較高飽和漏極電流的 JFET，請(qǐng)確保不超過(guò) Q 1的功耗。
請(qǐng)注意，電路的電源電壓下限必須超過(guò)電路的順從電壓 3V 加上傳感器引入的壓降：I SOURCE ×R 2。電路的電源電壓上限不得超過(guò)I SOURCE ×R 2 +30V。例如，向 1kΩ 壓力傳感器橋 R 2提供 2.5mA 的電流，將電源電壓范圍限制為 5.5 至 32.5V。該電路的輸出電流在很寬的電源電壓范圍內(nèi)變化小于 1 A（圖 2 ）。
圖 2 將 R 1設(shè)置 為 1 kΩ、750Ω 和 510Ω 的值可提供大約 1.8、2.5 和 3.6 mA 的輸出電流，這些電流對(duì)寬范圍的電源電壓不敏感。
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