如何设计任意大小的电流源

电流源的内阻相对负载阻抗很大，负载阻抗波动不会改变电流大小。在电流源回路中串联电阻无意义，因为它不会改变负载的电流，也不会改变负载上的电压。在原理图上这类电阻应简化掉。负载阻抗只有并联在电流源上才有意义，与内阻是分流关系。

由于内阻等多方面的原因，理想电流源在真实世界是不存在的，但这样一个模型对于电路分析是十分有价值的。实际上，如果一个电流源在电压变化时，电流的波动不明显，我们通常就假定它是一个理想电流源。

电流源和灌电流是模拟设计的重要组成部分，从有源模拟电路的简单偏置到电流电容积分器复位和振荡器架构。理想电流源，是从实际电源抽象出来的一种模型，其端钮总能向外部提供一定的电流而不论其两端的电压为多少，电流源具有两个基本的性质：第一，它提供的电流是定值I或是一定的时间函数I(t)与两端的电压无关。第二，电流源自身电流是确定的，而它两端的电压是任意的。用于实现电流源和接收器的方便拓扑利用由运算放大器驱动的场效应晶体管 (FET) 从小串联电阻的反馈中产生电流。图 1 描述了这种拓扑。

图 1：反馈产生的电流源和灌电流电路

如图 1 所示，两个电路都使用负反馈在 R SET电阻上施加电压，从而产生以下拉电流和灌电流（等式 1 和 2）：

为使这些电流可用作 DC，上述等式 1 和 2 中的分子必须是恒定的。实现这一点的最简单方法是使用分流参考电压，如图 2 所示。

图 2：反馈产生的电流源和灌电流电路

请注意，在图 2 中，R LIM电阻器用于降低过多的输入电压并限制通过电压基准的电流。此外，与阴极参考相连的可调电压参考（例如LMV431）将反馈电压强制为最小值——这提供了一个重要的优势，我将在稍后探讨。等式 1 和 2 现在可以重写为：

等式 3 和 4 可以组合（因为它们是相同的）并重写为等式 5，以求解产生任意源电流或灌电流 I SET所需的 R SET值：

此拓扑的输出电压范围受到 FET 和 R SET电阻器之间必须保持的裕量的限制。这就是最小化强制反馈电压的原因——最小化强制反馈电压可以最大化有效输出电压范围。等式 6 和 7 描述了有效输出电压区域内外的电流源和灌电流行为。

任何可调电压基准的内部VREF大约为 1.24V。通过带隙参考产生，这个特定的电压最终将定义这个拓扑的总体限制。为了演示，图 3 是 R SET值为 124Ω的示例电流吸收特性（包括线性电流压降） 。

在这种拓扑结构中用双极结型晶体管 (BJT) 代替 FET 可能会导致略微更高的净空要求，尽管最终这种替代的行为应该几乎相同。

理想电流源是电路理论中的基本要素。尽管任何物理实现总是达不到理想状态，但了解这些缺点背后的机制是很有价值的，因此可以减轻或避免它们。在这种拓扑的情况下，我们已经看到了输出电压范围如何影响输出电流，以及电压参考选择在最小化这种影响方面所起的重要作用。