运算放大器 - 笔记 02 -恒流源

前言：最近在学习运放，三极管，二极管，场效应管等器件的组合电路。捡起了以前的模电知识，写下笔记，以防再度忘记。
本文使用Multisim仿真软件进行模拟。

• 开始前先复习一下运放的基本假设：虚短即同反相输入端电压相等，虚断即同反相输入端电流不等；
• 推荐笔记：《恒流源电路设计》 https://blog.csdn.net/smallmount123/article/details/51232876；感谢前人罗列了很多方案，我选取其中看得懂的记录下来

一、方案一

• 下图是简化示意图：
  
• 下图是仿真示意图：
  
• 恒流源计算公式：I4 = I5 = V3/R4 = V1/R4 = VCC1*R2/(R1+R2)/R4 ；
• 因为虚短，V1 = V3，因为虚断，I6 = 0，I4+I6 = I5，I4 = I5；
• 一般为了确保恒流源的准确性，输入的参考电压来源为基准压，和运放的工作电源区分开来。又因为基准压电压VCC1和决定电流电阻R4不太好选择，所以会添加R1和R2，将基准压分压至符合要求，方便R4灵活调整。
• R3就是负载，会注意到负载是没有接地，而正极由运放提供，这代表负载的阻值有要求R3 <= (V2-V3)/I4；而V2要小于VCC0。
• 注意：这种方案没有负反馈，在实际使用过程中V1并不完全等于V3，存在一定误差，为了减小误差，应该设定V1尽可能的小，有助于减小误差。（实测）

二、方案二

推荐笔记：《求助一个正反馈平衡式恒流源工作原理》 https://bbs.21ic.com/icview-3044672-1-1.html
感谢大佬的和发现，上面的帖子中的第6楼回答很明了，我这里引用一下示意图；

• 这个方案带有反馈部分，而且电阻选择更加多样，自带分压效果。唯一的缺点就涉及电阻比值，不好确保比值正确；

• 下面是仿真示意图：
  
• 因为推到过程比较麻烦，我手写在纸上再拍照，略微模糊，见谅。
  
• 总结就是加了一个跟随器，使输出电压和输入参考电压形成比例关系。
• 和方案一类似，存在输出电压受限问题，不能承受较大的负载。

三、方案三

• 可以将方案一改良一下，使用三极管。下面是示意图：
  

• 下面是仿真示意图：
  

• 推到过程和方案一类似，使用npn三极管。外接电源后可以带更大的负载。

• 但这会出现令一个问题，如果我希望采集V6和V7的压差，我就得采集11v的电压，但是压差只有0.1v而已。

• 这时需要再外接一个放大器和减法器了。集成里这种功能的元件叫仪表放大器。
  

• 下面是仿真图。
  

• 具体就不推导了。快点进入最后一节。因为上面这部分有点多余，应该一开始就考虑使输出电压不那么高才对。也就是共地。

四、方案四

• 将上面3给方案结合使用，即有反馈部分，也能供地，省去仪表放大器。
• 下面是示意图：
  
• 下面是仿真图：
  
• 推导过程和上面的例子几乎一样，就是多了一个npn。最终等式还是：VCC2 * R1 / R2 / R5 = I；且要求 R1/R2 = R3/R4；

“原理相同,只是扩大了电流的输出能力,人们在使用中常常把电阻R2取的比负载RL大的多,而省略了跟随器运放”

• 根据大佬的提示，可以将R2取值增大，进而省去一个运放。仿真如下。
  
• 恒流源的实验就暂时做到这里。谢谢阅读。