討論一款經典的使用三極管的恒流源電路

今天我們來討論一款經典的恒流源電路，兩種結構相同的電路如下圖所示，其中RL表示負載。

恒流源電路的特點是： 當負載阻值發生變化時，流過其中的電流總是不變的，基本原理是通過實時監控輸出電流并實時調整 。在第一種使用三極管的恒流源電路中，三極管的發射結就相當于一個二極管，所以運放OP1形成了深度負反饋路徑，如下圖所示：

在深度負反饋狀態下，OP1反相端電位是跟隨同相端的，所以RS兩端的電壓就等于輸入的參考電壓V REF ，流過其中的電流I S =V REF /R S 。又由于VT1的發射極電流與集電極電流近似相等，所以流過負載RL的電流I RL （即輸出電流）僅近似與V REF 、RS有關，如下圖所示：

當然，由于三極管的基極電流不為零，所以IRL與IS之間會有一定的誤差，如果要求較高，可以使用使用場效應管替代三極管，工作原理是相同的……等等，好像有點不對呀，場效應管的柵極與源極之間是絕緣的，就相當于一個電容器，如下圖所示。也就是說，運放輸出與反相端是斷開的，電路應該處于開環狀態，怎么能夠工作呢？老師，你這個電路是有問題的！

蝦米？我來分析一下，還是按照以前在《運放應用之半波精密整流電路》視頻教程中講解的老套路，先將OP1當作一個比較器。在初始狀態下，VT1是不導通的，OP1反相端通過RS下拉到公共地。在VREF與OP1同相端連接的一瞬間，由于同相端電位大于反相端，OP1的輸出電壓就有往正電壓蹦的沖動，如下圖所示：

當柵-源電壓VGS大于柵極閾值電壓（也稱為 開啟電壓 ）時，VT1開始導通。如果任由VGS繼續上升，VT1最終會進入 可變電阻區 （Ohmic Region），此時流過RS與RL中的電流是最大的，其值即為漏極電流I DS ，相應的溝道狀態如下圖所示：

從轉移特性曲線上來看，在VGS不斷上升的過程中，場效應管會從夾斷區進入 恒流區 ，最終進入 可變電阻區 ，相應的工作點移動示意如下圖所示（僅供參考）：

在恒流源電路結構中，當場效應管進入恒流區后，不斷攀升的VGS會引起IDS的上升，繼而引起RS兩端的壓降（OP1反相端電位）上升，也就會反過來導致VGS減小，從而使IDS減小。

當OP1反相端電位上升到VREF時，會達到一個平衡狀態，此時負載電流IRL就像你剛才說的V REF /R S ，而VT1則也會穩定工作在 恒流區 （也稱為放大區或飽和區），相應的溝道狀態如下圖所示。

在恒流區中，場效應管的IDS僅受控于V GS 。電阻RS也稱為電流采樣（Current Sense）電阻，通常阻值比較小，它采集負載電流并反饋到OP 1 ，當負載電流上升時會降低V GS ，反過來，當負載電流下降時則提升V GS ，最終使負載電流保持不變。換句話說，OP1其實也處于閉環負反饋狀態。同樣的分析方式也適用于第一種使用三極管的恒流源電路。