一文详解场效应管电流源

FET电流源是一种有源电路，它使用晶体管为电路提供恒定量的电流。但是，为什么还要恒定电流呢？恒流源和吸电流（吸电流与电流源相反）是一种非常简单的方法，只需使用单个FET和电阻即可形成具有恒定电流值的偏置电路或基准电压源，例如100uA、1mA或20mA。

FET电流源是一种有源电路，它使用晶体管为电路提供恒定量的电流。但是，为什么还要恒定电流呢？恒流源和吸电流（吸电流与电流源相反）是一种非常简单的方法，只需使用单个FET和电阻即可形成具有恒定电流值的偏置电路或基准电压源，例如100uA、1mA或20mA。
恒流源通常用于电容器充电电路，以实现精确定时目的或可充电电池充电应用，以及线性LED电路，用于以恒定亮度驱动LED串。
电阻电压基准也可以使用恒流源形成，因为如果您知道电阻的值并且流过它的电流是恒定且稳定的，那么您可以简单地使用欧姆定律来找到压降。
然而，创建基于FET的准确可靠的恒流源的关键取决于使用低跨导FET以及精密电阻值将电流转换为精确稳定的电压。
晶体管通常用于创建电流源，结型场效应管（JFET）和金属氧化物半导体MOSFET已经在低电流源应用中使用。在最简单的形式中，JFET可用作电压控制电阻，其中小栅极电压控制其通道的导通。
偏置结FET
我们在关于JFET的教程中看到，JFET是耗尽器件，而N沟道JFET是“正常导通”器件，直到栅源电压（VGS）变为负数以将其“关闭”。P沟道JFET也是“常导通”耗尽器件，需要栅极电压变为足够正以将其“关闭”。
N沟道JFET偏置

该图显示了在其有源区域中使用时具有正常偏置的通用源配置N沟道JFET的标准排列和连接。这里的栅源电压V一般事务人员等于栅极电源，或输入电压VG设置栅极和源极之间的反向偏置，而VDD提供从电源到漏极到源极的漏源电压和电流。进入JFET漏极端子的电流标记为ID.
漏源电压VDS是JFET的正向压降，是漏极电流的函数，ID对于不同的门源V值一般事务人员。当VDS处于最小值时，JFET的导电通道完全打开，并且ID处于其最大值，称为漏源饱和电流ID（周六）或者只是我DSS.
当VDS处于最大值时，JFET的导电通道完全闭合，（夹断）所以我D随漏源电压V降至零DS等于漏极电源电压VDD.栅极电压，V一般事务人员JFET的沟道停止导通时称为栅极截止电压V一般事务人员（关闭）。
N沟道JFET的这种公共源极偏置布置决定了JFET在没有任何输入信号V时的稳态操作在作为V一般事务人员和我D是稳态量，即JFET的静止状态。
因此，对于共源JFET，栅源电压V一般事务人员控制有多少电流流过漏极和拉极之间的JFET导电通道，使JFET成为电压控制器件，因为其输入电压控制其通道电流。因此，我们可以通过绘制I来开发一组输出特性曲线D与V一般事务人员对于任何给定的JFET器件。
N沟道JFET输出特性

JFET作为恒流源
然后我们可以使用它，因为n沟道JFET是一个正常开启的设备，如果V一般事务人员足够负，漏源导电通道闭合（截止），漏极电流降至零。对于n沟道JFET，漏极和源极之间导电沟道的闭合是由栅极周围p型耗尽区域变宽引起的，直到其完全闭合沟道。N型耗尽区闭合p沟道JFET的通道。
因此，通过将栅源电压设置为某个预定的固定负值，我们可以使JFET以零安培和I之间的特定值通过其通道传导电流DSS分别使其成为理想的FET电流源。考虑下面的电路。
JFET零电压偏置

我们看到JFET的输出特性曲线是ID与V一般事务人员对于常数VDS.但我们也注意到，JFET的曲线不会随着V的大幅变化而变化很大。DS，并且该参数在建立导电通道的固定工作点时非常有用。
最简单的恒定FET电流源是JEFT的栅极端子短于其源极端子，如图所示，JFET的导电通道是开放的，因此通过它的电流将接近其最大值IDSS由于JFET在其饱和电流区域工作。
然而，这种恒流配置的操作和性能相当差，因为JFET始终与IDSS当前值完全取决于设备类型。
例如，2N36xx或2N43xxn沟道JFET系列只有几毫安（mA），而较大的n沟道J1xx或PN4xxx系列可以是几十毫安。另请注意，我DSS与制造商在其数据手册上引用的相同部件号的器件之间会有很大差异，该零栅极电压漏极电流的最小值和最大值，IDSS.
需要注意的另一点是，FET基本上是一个压控电阻，其导电通道具有与漏极和源极串联的电阻值。该通道电阻称为RDS.正如我们所看到的，当V一般事务人员=0，最大漏源电流流动，因此JFET的沟道电阻，RDS必须处于最低限度，这是真的。
然而，沟道电阻并非完全为零，而是在FET的制造几何形状定义的某个低欧姆值下，可以高达50欧姆左右。当FET导通时，该沟道电阻通常称为RDS（ON）并且处于其最小电阻值，当V一般事务人员=0。因此高RDS（ON）值导致低IDSS反之亦然。
因此，JFET可以偏置为在低于其饱和电流的任何电流值下作为FET电流源器件工作，IDSS当V一般事务人员等于零伏。当V一般事务人员处于其V一般事务人员（关闭）截止电压电平将有零漏极电流，（ID=0）因为通道关闭。因此通道漏电流，ID如图所示，只要JFET器件在其有效区域内运行，就会始终流动。
JFET传递曲线

请注意，对于P沟道JFET，V一般事务人员（关闭）截止电压将为正电压，但其饱和电流，IDSS当V获得一般事务人员等于零伏将与N沟道设备相同。另请注意，传递曲线是非线性的，因为漏极电流通过开路增加得更快，如V一般事务人员接近零伏。
JFET负电压偏置

我们记得JFET是一种始终处于“导通”状态的耗尽模式器件，因此N沟道JFET需要负栅极电压，P沟道JFET需要正栅极电压才能将其“关闭”。用正电压偏置N沟道JFET，或用负电压偏置P沟道JFET将打开导电沟道，甚至进一步强制沟道电流，ID超越我DSS.
但是如果我们使用I的特征曲线D反对V一般事务人员，我们可以设置V一般事务人员到某个负电压电平，比如-1V，-2V或-3V，也可以创建一个固定的JFET恒流源，我们需要在零和I之间达到任何电流水平DSS.
但对于更精确的恒流源并改进了调节，最好将JFET偏置在其最大值I的10%至50%左右DSS价值。这也有助于我2*R功率通过阻性通道损耗，因此降低了加热效应。
因此，我们可以看到，通过偏置JFET的栅极端子，具有某个负电压值，或者P沟道JFET的正电压，我们可以建立其工作点，允许沟道导通并通过一定值的漏极电流，ID.对于不同的V值一般事务人员、JFET漏极电流ID可以用数学方式表示为：
JFET漏极电流公式

场效应管恒流源示例No1
J107N沟道开关JFET的制造商数据表显示，它具有IDSS当V时为40mA一般事务人员=0，最大V一般事务人员（关闭）值为-6.0伏。使用这些声明值，计算JFET的漏极电流值，当V一般事务人员=0，V一般事务人员=-2伏，当V一般事务人员=-5伏。还显示了J107的传递特性曲线。
1）当V一般事务人员=0V
当V一般事务人员=0V导电通道开路，最大漏极电流流过。
因此我D=IDSS=40毫安。
2）当V一般事务人员=-2V

3）当V一般事务人员=-5V

4）J107传递特性曲线

因此，我们可以看到，作为栅源电压，V一般事务人员接近栅极-源极截止电压，V一般事务人员（关闭）漏极电流，ID减少。在这个简单的例子中，我们计算了两点的漏极电流，但使用额外的V值进行计算一般事务人员在零点和截止点之间将为我们提供更准确的曲线形状。
JFET电流源
当JFET的栅源结反向偏置时，JFET可以作为电压控制的恒流源工作，对于N沟道器件，我们需要一个-V一般事务人员对于P沟道设备，我们需要+V一般事务人员。这里的问题是JFET需要两个独立的电压电源，一个用于VDD另一个用于V一般事务人员。
但是，如果我们在源极和地之间放置一个电阻（0伏），我们可以达到必要的V一般事务人员JFET的自偏置布置，仅使用V作为恒流源工作DD电源电压。考虑下面的电路。
JFET电流源

乍一看，您可能会认为这种配置看起来非常类似于我们在场效应管教程。
然而，这次的不同之处在于，虽然FET的栅极端子仍然直接接地（VG=0），由于源极电阻两端的压降，源端处于高于零电压地的某个电压电平，RS.
因此，当沟道电流流过外部源电阻时，JFET的栅源电压将小于（大于负大于）零（V一般事务人员《0）。
外部源电阻，RS提供反馈电压，用于自偏置JFET的栅极端子，无论漏源电压发生任何变化，也能保持漏极电流通过通道的恒定。因此，我们唯一需要的电压源是电源电压VDD以提供漏极电流和偏置。
因此，JFET使用源极电阻两端的压降（VRS）设置栅极偏置电压V一般事务人员因此，正如我们上面看到的通道电流。因此，增加R的电阻值S将降低通道漏极电流ID，反之亦然。但是，如果我们想构建一个JFET恒流源电路，那么对于这个外部源电阻器来说，什么是合适的值，RS.
特定N沟道JFET的制造商数据表将为我们提供V的值一般事务人员（关闭）和我DSS.知道这些值为两个参数，我们可以将上述JFET方程转置为漏极电流，ID查找V的值一般事务人员对于任何给定的漏极电流值，ID介于零和I之间DSS如图所示。
JFET栅极至源极电压公式

在找到给定漏极电流所需的栅源电压后，只需使用欧姆定律即可找到所需的源极偏置电阻值，即R=V/I。因此：
JFET源电阻公式

场效应管恒流源示例No2
从上方使用J107N沟道JFET器件，该器件具有IDSS当V时为40mA一般事务人员=0，最大V一般事务人员（关闭）值为-6.0伏。计算产生20mA恒定通道电流所需的外部源电阻值，并再次计算产生5mA恒定电流所需的外部源电阻值。
1）V一般事务人员对于我D=20mA
2）V一般事务人员对于我D=5mA

因此当V一般事务人员（关闭）和我DSS两者都是已知的，我们可以使用上述公式来找到偏置特定漏极电流的栅极电压所需的源电阻，在我们的简单示例中，87mA时为5.20Ω，776mA时为5Ω。因此，增加一个外部源电阻可以调整电流源输出。
如果我们用电位计代替固定值电阻，我们可以使JFET恒流源完全可调。例如，我们可以用一个1kΩ电位计或微调器代替上面示例中的两个源极电阻。此外，除了完全可调外，该JFET恒流源电路的漏电流即使V发生变化也将保持恒定DS.
场效应管恒流源示例No3
需要一个N沟道JFET来改变5mm圆形红色LED负载的亮度，介于8mA和15mA之间。如果JFET恒流源电路由15V直流电源供电，则计算当开关JFET具有最大V时，在最小亮度和最大亮度之间照亮LED所需的JFET源电阻一般事务人员（关闭）值为-4.0伏和IDSS当V时为20mA一般事务人员=0。绘制电路图。
1）V一般事务人员对于我D=8mA

2）V一般事务人员对于我D=15mA

然后，我们需要一个能够在36Ω和184Ω之间改变其电阻的外部电位计。最接近的首选电位器值为200Ω。
可调JFET恒流源

使用电位计或微调器代替固定值源电阻，RS将允许我们改变或微调流过JFET导电通道的电流。
但是，为了确保通过FET器件的良好电流调节，从而获得更稳定的电流，最好将流过LED的最大通道电流（本例中为15mA）限制在JFET的10%至50%之间。DSS价值。
使用MOSFET创建恒定电流源可实现更大的通道电流和更好的电流调节，并且与仅作为常导断模式器件提供的JFET不同，MOSFET在耗尽模式（常通）和增强模式（常关）器件中均可用，作为P沟道或N沟道类型，允许更大范围的电流源选择。
场效应管恒流源摘要
我们在本教程中已经看到有关FET恒流源的信息，由于其通道电阻特性，场效应晶体管可用于向负载提供恒定电流，并在需要向连接的负载提供固定电流的电子电路中找到了许多应用。
恒流电路可以使用耗尽模式FET构建，也可以使用BJT（双极结型晶体管）或这两种器件的组合。请记住，JFET是电压控制器件，而不是像双极结型晶体管那样的电流控制器件。
结场效应晶体管（JFET）的主要特征之一是，由于它是一种驱虫器件，其导电通道始终是开放的，因此需要栅源电压V一般事务人员以将其“关闭”。
五世一般事务人员（关闭）N沟道JFET所需的电压范围从0伏（用于通道完全导通）到某个负值（通常为几伏）以完全关闭JFET，从而关闭通道。因此，通过将JFET的栅极端子偏置在零和V之间的某个固定值一般事务人员（关闭），我们可以控制通道耗尽层的宽度，从而控制其电阻值，通过固定和恒定的电流量。对于P沟道JFET，其V一般事务人员（关闭）值范围从全通道传导的0伏到特定V的几伏的正值DS价值。
给定JFET器件的恒定电流调节和容差与漏极电流量ID通过通道。通过特定设备的漏极电流越低，调节效果越好。JFET偏置在其最大值I的10%至50%之间DSS价值将改善设备的调节和性能。这是通过在源端子和栅极端子之间连接外部电阻来实现的。
如上所示，栅极-源极反馈电阻为JFET提供必要的自偏置，使其能够在远低于其饱和电流I的任何电流水平下作为恒定电流源工作。DSS.此外部源电阻，RS可以使用电位计的固定电阻值或变量。