基于MOSFET的恒流源研讨
mos管简单恒流电路
mos管简单恒流电路在电路的世界里，有一种小家伙叫做MOS管，别看它名字高大上，其实它是个超级好使的工具，特别是在恒流电路里。
你可能会问，恒流电路又是什么鬼？嘿，简单说就是一种能保持电流稳定的小魔法，不管外面环境如何变化，它都能坚守自己的岗位，绝不马虎。
就好像一个守信的朋友，不管你怎么折腾，它都不会改变自己的原则，真是让人感动得不要不要的。
咱们先来聊聊MOS管。
MOS管其实就像是个开关，能通过电压来控制电流的流动。
你可以想象它是一扇门，电压就像是钥匙，打开门后，电流就可以畅通无阻地进出。
这东西可好用了，特别是在我们需要稳定电流的地方。
它能让我们的设备在不同的条件下，依然保持稳定的工作，简直是电路界的超级英雄。
说到恒流电路，咱们就得提到一个小故事。
想象一下，你在一个阳光明媚的午后，准备开个野餐。
你带了很多好吃的，朋友们也都来了，结果你发现食物居然不够了，急得你直抓狂。
这时候，如果你有个恒流电路，那就是个无底洞，永远给你提供食物。
电流也是一样，你希望它无论外界的变化，比如温度变化、电压波动，都能像老朋友一样，始终保持不变，绝对不会让你失望。
在电路设计里，恒流电路就像是一位老练的指挥家，把所有的乐器调配得恰到好处，确保每个音符都能和谐共鸣。
可别小看它，里面的原理可复杂得很。
通过合适的电阻和MOS管的搭配，形成一个完美的闭环，让电流在设定的范围内稳定流动。
想象一下，电流就像是乐队里的小号，乐器们都在等着它来带动节奏，没了它可就乱了套。
我们来讲讲设计恒流电路时的小窍门。
选择合适的MOS管可不是随便来，得考虑它的工作电压和电流范围，这样才能确保它不会“掉链子”。
就像挑选一双合脚的鞋子，舒适又合适才能走得更远。
然后呢，你得算好电阻值，确保电流的大小在你设定的范围内。
电阻就像是那位耐心的老师，默默地在旁边调整着一切，让小号在适当的音量下演奏。
当然了，电路设计也有点像炒菜，火候得掌握好。
电流过大，可能就会让你的设备“吃不消”，一不小心就短路了。
基于FPGA的高精度恒流源系统设计
基于FPGA的高精度恒流源系统设计目录一、内容综述 (2)1. 研究背景和意义 (3)2. 国内外研究现状 (4)3. 论文研究目的及内容 (5)二、FPGA技术概述 (6)1. FPGA基本概念及特点 (7)2. FPGA的发展历程 (8)3. FPGA的主要应用领域 (9)三、恒流源系统基本原理与设计要求 (11)1. 恒流源系统基本原理 (12)2. 恒流源系统的设计要求 (13)3. 恒流源系统的性能指标 (14)四、基于FPGA的高精度恒流源系统设计方案 (15)1. 系统架构设计 (16)2. 主要功能模块设计 (18)3. 系统工作流程设计 (18)五、关键技术研究与实现 (19)1. 高精度电流采样与转换技术 (21)2. 高性能PWM波形生成技术 (22)3. 基于FPGA的电流闭环控制技术 (23)六、系统硬件设计与实现 (24)1. 电源模块设计 (26)2. 电流采样与处理模块设计 (27)3. FPGA配置与实现 (28)七、系统软件设计与实现 (30)1. 软件架构设计 (31)2. 程序流程设计 (33)3. 关键算法实现与优化 (34)八、系统测试与性能评估 (36)1. 测试环境与平台搭建 (37)2. 系统测试方法与步骤 (38)一、内容综述本文档主要介绍了基于FPGA的高精度恒流源系统的设计。
恒流源系统在众多领域中有着广泛的应用，如精密测量、电子仪器、医疗设备和通信系统等。
随着科技的不断发展，对恒流源系统的精度和稳定性要求也越来越高。
研究并设计一种基于FPGA的高精度恒流源系统具有重要的实际意义。
该系统设计的主要目标是实现高精度、高稳定性的恒流输出，同时具备良好的响应速度和负载调整能力。
系统设计的核心部分是基于FPGA（现场可编程门阵列）的控制电路，通过优化算法和控制策略，实现对恒流源输出电流的精确控制。
输入电源及稳压模块：为系统提供稳定的输入电压，保证系统的稳定运行。
恒流源总结
压也会有一定的波动。
因此不适合精密的恒流需求。
这个电路可以认为是恒流源的标准电路，除了足够的精度和可调性之外，使用的元件也都是很普遍的，易于搭建和调试。
只不过其中的Vin还需要用户额外提供。
从以上两个电路可以看出，恒流源有个定式（寒，“定式”好像是围棋术语XD），就是利用一个电压基准，在电阻上形成固定电流。
有了这个定式，恒流源的搭建就可以扩展到所有可以提供这个“电压基准”的器件上。
最简单的电压基准，就是稳压二极管，利用稳压二极管和一只三极管，可以搭建一个更简易的恒流源。
如图(3)所示：电流计算公式为：I = (Vd-Vbe)/R1TL431是另外一个常用的电压基准，利用TL431搭建的恒流源如图(4)所示，其中的三极管替换为场效应管可以得到更好的精度。
TL431组成流出源的电路，暂时我还没想到:)TL431的其他信息请参考《TL431的内部结构图》和《TL431的几种基本用法》电流计算公式为：I = 2.5/R1事实上，所有的三端稳压，都是很不错的电压源，而且三端稳压的精度已经很高，需要的维持电流也很小。
利用三端稳压构成恒流源，也有非常好的性价比，如图(5)所示。
这种结构的恒流源，不适合太小的电流，因为这个时候，三端稳压自身的维持电流会导致较大的误差。
电流计算公式为：I = V/R1，其中V是三端稳压的稳压数值。
实际的电路中，有一些特殊的结构，也可以提供很好的恒流特性，最典型的就是一个很高的电压通过一个电阻在一个低压设备上形成电流，如图(6)，这个恒流源的精度，取决于高压的精确度和低压设备本身导致的电压波动。
在一些开关电源电路中，这个结构用来给三极管提供偏置电流。
电流计算公式为：I = Vin/R1值得一提的是，以上这些恒流源并不都适合安培以上级别的恒流应用，因为电阻上面太大的电流会导致发热严重。
图(2)可以通过使用更小的电阻来降低这个热量，不过在单电源供电模式下，多数运放都不能有效检测和输出接近地或者Vcc的电压，因此必须使用特殊的器件才能达到要求。
电子工艺之恒流源
電晶體恆流源的概念與應用發表於Thursday, April 24 @ 13:33:28 CST 由孫恩宏電晶體恆流源的概念與應用孫恩宏/Steve Sun1. 緣起恆流源(Constant Current Source/Sink, CCS)自真空管時代就是一個非常重要的工具. 但是, 恆流源在擴大機的電路中並不太常見. 這實在是音響玩家的一大損失。
您如果手邊有Valley, Wallman 的書, 您可以翻閱一下. 書中所有的結果都有嚴密的理論根據, 實驗驗證。
真空管擴大機設計原理也遠遠超過“負載線”的應用，Valley, Wallman 在他們Vacuum Tube Amplifiers 一書的第十一章中, 明確的指出恆流源的優點以及應用的要點。
如果Valley 與Wallman 說恆流源非常重要, 小弟絕對不懷疑, 一定是很重要! 對了, 您有沒有聽過“串疊”(cascode) 這個東西? 串疊也是Wallman 先生的大作!這篇文章是要介紹電晶體恆流源. 希望藉由這篇文章開啟恆流源一系列的應用: 陰極隨耦器(cathode followers), 共陰極放大器(common cathode amplifiers), …將來談這些東西的時候, 有了恆流源的概念也比較能更深入的探討。
圖說：如果您以為真空管電路比較簡單、晶體電路比較複雜，那就錯了！事實上，許多複雜的晶體架構，如電流鏡、串疊Cascode等，都是在真空管時代就已經存在的設計，當年為了發展通訊、雷達偵測技術，科學家已經在真空管上擠出無窮的潛能，而要貫徹真空管的威力，除了可以從晶體電路切入學習，也需要學習者更充分的閱讀。
在寫這篇文章之前, 我一直想找個時間學學電晶體電路，於是花了整整一個星期的苦讀, 終於對電晶體電路有了一個非常粗略的認識......在此與各位網友一同分享。
2.電晶體的簡化Ebers-Moll 模型如果您把電晶體分開來看, 您可以把他們想成有兩個二極體:我們可以把一個NPN 電晶體看成一個三端的被動元件, 而且工作時有下面幾個性質:1.集極(collector) 的電位, Vc, 遠高於射極(emitter) 電位, Ve。
恒流源
【转】微恒流源电路-恒流原理-三极管恒流源电路2010-11-01 12:53转载自fujianhuangjia最终编辑fujianhuangjia恒流源的输出电流为恒定。
在一些输入方面如果应用该电路则能够有效保护输入器件。
比如RS422通讯中采用该电路将有效保护该通讯。
在一定电压方位内可以起到过压保护作用。
以下引用一段恒流源分析。
恒流源是输出电流保持不变的电流源，而理想的恒流源为：a)不因负载(输出电压)变化而改变。
b)不因环境温度变化而改变。
c)内阻为无限大。
恒流源之电路符号：理想的恒流源实际的流源理想的恒流源，其内阻为无限大，使其电流可以全部流出外面。
实际的恒流源皆有内阻R。
三极管的恒流特性：从三极管特性曲线可见，工作区内的IC受IB影响，而VCE对IC的影响很微。
因此，只要IB值固定，IC亦都可以固定。
输出电流IO即是流经负载的IC。
电流镜电路Current Mirror：电流镜是一个输入电流IS与输出电流IO相等的电路：Q1和Q2的特性相同，即VBE1 = VBE2，β1 = β2。
优点：三极管之β受温度的影响，但利用电流镜像恒流源，不受β影响，主要依靠外接电阻R经Q2去决定输出电流IO（IC2 = IO）。
例：三极管射极偏压设计范例1:从左边看起:基极偏压所以VE=VB - 0.6=1.0V又因为射极电阻是1K,流经射极电阻的电流是所以流经负载的电流就就是稳定的1mA范例2.这是个利用稳压二极管提供基极偏压5.6V VE=VB - 0.6=0.5V流经负载的电流范例3.这个例子有一点不同:利用PNP三极管供应电流给负载电路.首先,利用二极管0.6 V的压降,提供8.2 V基极偏压(10 – 3 x 0.6 = 8.2). 4.7 K电阻只是用来形成通路,而且不希望(也不会)有很多电流流经这个电阻。
VE=VB + 0.6=8.8VPNP晶体的560欧姆电阻两端电位差是1.2V, 所以电流是2mA晶体恒流源应用注意事项如果只用一个三极管不能满足需求,可以用两个三极管架成:或是也可以是请您注意:恒流源是一个二端子的零件.市面上也有“稳流二极管” (current regulating diode, CRD)供小电流应用.大电流应用时,可以用IC稳压器串联电阻,或是使用MOSFET的方法。
LED恒流驱动器件MOSFET选择
LED恒流驱动器件MOSFET选择常用的是NMOS.原因是导通电阻小，应用较为广泛，也符合LED驱动设计要求。
所以开关电源和LED恒流驱动的应用中，一般都用NMOS.下面的介绍中，也多以NMOS为主。
功率MOSFET的开关特性：MOSFET功率场效应晶体管是用栅极电压来控制漏极电流的，因此它的一个显著特点是驱动电路简单，驱动功耗小。
其第二个显著特点是开关速度快，工作频率高，功率MOSFET的工作频率在下降时间主要由输入回路时间常数决定。
MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在，由于制造工艺限制产生的。
寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些，但没有办法避免.MOSFET漏极和源极之间有一个寄生二极管。
这个叫体二极管，在驱动感性负载，这个二极管很重要。
体二极管只在单个的MOS管中存在，在集成电路芯片内部通常是没有的。
MOS管是电压驱动器件，基本不需要激励级获取能量，但是功率MOSFET和双极型晶体管不同，它的栅极电容比较大，在导通之前要先对该电容充电，当电容电压超过阈值电压（VGS-TH）时MOSFET才开始导通。
因此，栅极驱动器的负载能力必须足够大，以保证在系统要求的时间内完成对等效栅极电容（CEI）的充电。
MOSFET的开关速度和其输入电容的充放电有很大关系。
使用者虽然无法降低Cin的值，但可以降低栅极驱动回路信号源内阻Rs的值，从而减小栅极回路的充放电时间常数，加快开关速度。
一般IC驱动能力主要体现在这里，我们谈选择MOSFET是指外置MOSFET驱动恒流IC.内置MOSFET的IC当然不用我们再考虑了，一般大于1A电流会考虑外置MOSFET.为了获得到更大、更灵活的LED功率能力，外置MOSFET是唯一的选择方式，IC需要合适的驱动能力，MOSFET输入电容是关键的参数！下图Cgd和Cgs是MOSFET等效结电容。
一般IC的PWM OUT输出内部集成了限流电阻，具体数值大小同IC的峰值驱动输出能力有关，可以近似认为R=Vcc/Ipeak.一般结合IC驱动能力 Rg选择在10-20Ω左右。
耗尽型mos管恒流区
耗尽型mos管恒流区【原创实用版】目录1.耗尽型 MOS 管恒流区的概念2.耗尽型 MOS 管恒流区的工作原理3.耗尽型 MOS 管恒流区的应用领域4.耗尽型 MOS 管恒流区的优缺点正文一、耗尽型 MOS 管恒流区的概念耗尽型 MOS 管恒流区，又称为耗尽型 MOSFET 恒流区，是一种用于模拟电路和数字电路中的电子器件。
它是金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（MOSFET）的一种类型，具有恒定电流输出的特性。
在集成电路设计中，恒流区可以作为电流源或电压调整器等使用，有着广泛的应用。
二、耗尽型 MOS 管恒流区的工作原理耗尽型 MOS 管恒流区的工作原理主要基于 MOSFET 的结构和 VGS 关系。
当 VGS（源极 - 栅极电压）达到一定值时，MOSFET 进入导通状态，此时电流开始流过 MOSFET。
在恒流区工作状态下，MOSFET 的源极电流保持恒定，即使 VGS 发生变化，电流也不会改变。
这是由于 MOSFET 中的耗尽层起到了恒定电流的作用。
三、耗尽型 MOS 管恒流区的应用领域耗尽型 MOS 管恒流区在电子电路设计中有着广泛的应用，主要体现在以下几个方面：1.电流源：恒流区可以作为恒定电流源，为电路设计提供稳定的电流。
2.电压调整：恒流区可以用作电压调整器，通过改变 VGS 来调整输出电压。
3.基准电压：恒流区可以作为基准电压源，为其他电路元件提供稳定的参考电压。
4.模拟信号处理：恒流区可以用于模拟信号处理电路，如放大器、滤波器等。
5.数字电路：恒流区在数字电路中也有广泛应用，如逻辑门、触发器等。
四、耗尽型 MOS 管恒流区的优缺点优点：1.电流恒定：恒流区可以提供恒定的电流输出，适用于需要稳定电流的电路设计。
2.输出阻抗低：恒流区的输出阻抗较低，能够驱动较大的负载。
3.输入阻抗高：恒流区的输入阻抗较高，对输入信号的影响较小。
4.面积小：恒流区采用 MOSFET 结构，具有较小的器件面积。
LM358+MOS组成的恒流源让人抓狂
Hale Waihona Puke lm358mos组成的压控恒流源作为假负载负载增加整个电路的功耗在测试恒流源的时候mos管超级烫下面的焊锡都开始融化了一段时间后mos管ds集被击穿有时候电阻也被烧的发红整个电路恒流15a左右
LM358+MOS组 成 的 恒 流 源 让 人 抓 狂
LM358+MOS组成的压控恒流源作为假负载负载增加整个电路的功耗，在测试恒流源的时 候，MOS管超级烫，下面的焊锡都开始融化了，一段时间后mos管DS集被击穿，有时候电阻也 被烧的发红，整个电路恒流1.5A左右。 问题点： 1，MOS管是30A的内阻只有10毫欧左右，为什么会这么热？ 2，一段时间后MOS管为什么被击穿？ 3，这种恒流源能直接当做负载使用吗？ 4，这种电路可以恒流到2A吗？ 5，电路设计存在哪些问题吗？ 给位求教了，请给位友友、大神们给出你们的建议，谢谢。
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2.改进型威尔逊恒流源
电路图
因为 当 则有 因此
2.改进型威尔逊恒流源
根据饱和萨式方程
Байду номын сангаас
电路图
当 可达到
2.改进型威尔逊恒流源
特点
在威尔逊恒流源的基础上，很好的消除了沟道长度调制效应 是一个精确的比例电流源
电路图
CONTENTS
三、多MOS并联均流的高稳定恒流源 汇报人：
1. 结构
[1]
动态误差
作为负载电路的输入，电流镜的输出端即M2 管的漏端的电位受到外电路的影响，是经常变 化的，在沟道长度调制效应影响下，M2管的 输出电阻有限，因此M2管交流输出时，输出 电流变化，即产生交流误差。
3.基本电流源的误差分析
改善措施
① 保持宽长比的同时适当增加沟道长度
优点：最小工作电压不变，结构简单
使用高性能运放
3.误差消除
MOS并联振荡 MOS的栅源、栅漏之间存在等效电容，MOS的开启和关闭过程 实际上就是对寄生电容的充电放电过程。[3]
串联补偿电阻
串联铁氧体磁珠
事先筛选 [4]
4.参考文献
[1]张存凯, 李正坤, 陈乐, et al. 多 MOSFET 并联均流的高稳定度恒流源研究[J]. 电测与仪表， 2016;(12):81. [2]沈惠平, 张会芳, 辛秀梅. 并联运动机械误差建模及校正技术的最新进展[J]. 中国机械工程 ， 2008;(1):120. [3]范进秋，莫锦秋，王石刚．一种桥式拓扑结构下MOSFET高速驱动电路叨[J]．电力电子技 术，2010，44(3)：77—81． [4]赵跃华, 王凯. 功率MOSFET寄生振荡的研究[J]. 电子设计工程, 2013;(24):118. [5]段九州, 王志新. 最新电子电路大全 第4卷 功率输出与电源供给电路. 中国计量出版社; 2008. [6]苏黎, 伍莲洪, 尹浩. 一种带自动消除运放失调的高精度基准电压源设计[J]. 电子制作 , 2014;(23):12. [7]
误差来源
电源、工艺、 温度等
静态误差
电流比值 Io ：Ir 的精确性
动态误差
输出电流的恒流性
工艺误差
沟道宽长比偏差
阈值电压失配
环境温度的影响 IDS负温度系数
3.基本电流源的误差分析
静态误差
由于沟道长度调制效应的存在，不同的VDS将 使得两个管子的漏电流不同，从而使输出电流 和参考电流比值产生变化，出现静态误差。
CONTENTS
二、威尔逊电流镜
汇报人：
1.威尔逊恒流源
电路图
因为 而 所以 所以 M1一定工作在饱和区
1.威尔逊恒流源
根据饱和萨式方程 可以得到输出电流
电路图
1.威尔逊恒流源
交流小信号等效电路
电路图
设外加电压Ut,电流为It 其中 联立得 移项得
1.威尔逊恒流源
特点
与基本镜像电流源结构相比，具有更大的输出阻抗 只采用了三个MOS管，结构简单 但是M1与M2源漏电流仍不相同，存在沟道长度调制效应
缺点：沟道长度变化小时调制系数变化小，长 度变化 大时会增加等效输出电容，而且面积大
② 使用共源共栅电流镜
优点：结构简单，使输出阻抗增大到
原来的
倍，达到
缺点：减小了输出端的电压裕度
3.基本电流源的误差分析
沟道宽长比偏差
设计电流镜版图时，需要考虑横向扩散和氧化 层侵蚀对MOS沟道长宽的影响。横向扩散(DL) 会缩短有效沟道宽度；氧化层侵蚀会缩短有效 沟道长度。
NMOS基本电流镜
PMOS基本电流镜
2.基本电流源的工作原理
基本原理（以NMOS电流镜为例）
如果两个相同MOS管的栅——源电压 相等，则他们的漏源电流也应相等。
3.基本电流源的性能指标
① 电流源的等效输出阻抗ROUT
② 电流源正常工作时的最小电压Vmin
4.基本电流源的误差分析
沟道长度调 制效应
基于MOSFET的恒流源研讨
CONTENTS
一、基本MOS恒流源介绍 二、威尔逊电流镜 三、多MOS并联均流的高稳定恒流源 四、一种PVT变化减小的65nm CMOS恒流源 五、基于单片机的数控恒流源系统设计 六、温度与工艺误差消除的恒流源设计
CONTENTS
一、基本MOS恒流源介绍
汇报人：
1.基本电流源的结构
3.基本电流源的误差分析
阈值电压失配
阈值电压值对电流镜的整体精度有
很大的影响。若阈值电压失配值均
分在M1管和M2管上(均为
)，
则受阈值电压失配的影响，两管漏
电流比值将产生变化。
由此可知，阈值电压失配会导致电 流相差很大。因此，MOS管间距较 大时，因阈值电压失配引起的电流 偏差会十分严重。
3.基本电流源的误差分析
改善措施
① 电流镜布局时放在一起减 小阈值电压失配引起的的 电流偏差
② 对精度要求较高时，电流镜必须交叉匹配， 以减小阈值电压失配产生的影响
交叉匹配就是在布局时形成对称。如要求A、B管交 叉匹配，则把两管拆成2个(或更多个)，然后按ABBA 或BAAB布局，总之，使其在空间上对称。
4.参考文献
[1]模拟电子电路基础.堵国梁 [2]VLSI设计基础(第三版).李伟华 [3]模拟CMOS集成电路设计.拉扎维 [4]基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计(第3版).赛尔吉欧.弗朗哥 [5]模拟电子技术(美).Robert L.Boylestad [6]半导体集成电路(第二版).朱正涌 [7]模拟集成电路设计(第二版).(美)Phillip E.Allen,Douglas R.Holberg著;冯军, 李智群译 [8]恒流源及其应用电路.陈凯良,竺树声 [9] Design of Analog CMOS Integrated Circuits(Second Edition).Behzad Razavi [10] CMOS VLSI Design A Circuits and Systems Perspective(Fourth Edition).Neil H.E.Weste,David Money Harris [11] CMOS Circuit Design Layout and Simulation(Third Edition).R.Jacob Baker [12]新概念模拟电路 晶体管.西安交通大学电工电子中心 杨建国
1. 结构
优势：
在输出电流达到30A的情况下 依旧有优于5ppm的稳定性
2. 工作原理
2. 工作原理
随机误差
电流分配
ＭＯＳ的 ＲＤＳ有正温度系数 分流较大的器件会因为电流的热效 应使结温升高，使得 ＲＤＳ增大，从 而减小电流
3.误差消除
沟道长度补偿 不需要消除
温度
微控制器+温度传感器+风扇
运放零漂
改变
电流比值改变
3.基本电流源的误差分析
改善措施 ① 如果两个管子宽长比相等，则应尽量使他们的宽长分别相等
3.基本电流源的误差分析
② 整数倍比例电流镜版图设计时， 将大MOS管拆成多个与小MOS 管宽长分别相等的小MOS管进 行布局
3.基本电流源的误差分析
③ 非整数倍比例电流镜版图设计时，使两个MOS管宽度相等， 改变长度匹配，或使长度相等，改变宽度匹配