输出电流采样负反馈压控恒流源(VCCS)的分析

输出电流采样负反馈压控恒流源(VCCS)的分析

一、结果

电路中1个运放和4个电阻组成的就是模电教科书上的“单位减法器”（如果把图中的V REF 换成地，它的输出－输入关系就是：V OUT= ΔV IN= V IN+- V IN-），只不过有两个“正输入端”V IN+和V REF，所以

V OUT = V IN+ + V REF - V IN- = ΔV IN + V REF

于是，这种恒流源可以分为3部分：一个单位减法器，一个电流采样电阻R S和一个反馈跟随器。（这种恒流源其实是“电压-电流变换器”或者“压控恒流源”，当输入电压ΔV IN 为常量时，便成了恒流源。）

其中，“单位减法器”在这里的作用就是维持“输出电压为输入电压和参考电压之和”，即维持V OUT = ΔV IN + V REF，或者

V OUT - V REF = ΔV IN .

由电路结构可见，V OUT - V REF正是采样电阻R S上的电压，于是便可以维持“采样电阻R S上的电压为常量ΔV IN”，根据欧姆定律，控制了电压，当然也就控制了电流：

I OUT = ΔV IN / R S

二、过程

上面的说法似乎有些“抽象”，因为它直接说了最终结果，而没有说实现结果的过程。维持这个结果的过程就是“深负反馈”。因为有个运放，“深反馈”是毫无疑问的，关键就是是否“负”。

我们假设I OUT↑，那么I OUT R S↑，当V OUT还来不及变化的时候，就会有V REF = V OUT - I OUT R S↓，既然V REF是“正输入端”之一，当然会导致V OUT↓，而V OUT↓显然会减小输出电流。

由I OUT↑出发得到I OUT↓的结果，因此电路对于I OUT是负反馈，趋向于使它保持稳定。

三、说明

一般情况下，分析这种负反馈的电路，都可以分三步：

第一步：只看结果，不问过程。就是假设电路已经达到“平衡状态”，即“运放输入端虚短”的状态，然后根据各个参数的关系列方程。

但是，存在“平衡状态”，能否达到这个平衡状态，能否稳定呢？于是——

第二步再考虑平衡状态能否达到。这首先要分析电路极性，假设输出变大或变小，从输出端沿反馈网络回到输入端，看净输入量朝哪个方向变化，如果净输入量的变化趋向于抵消假设的变化，那就是负反馈，如同不倒翁；否则就是正反馈，正反馈的平衡状态就如同笔尖朝下立着的铅笔，是几乎无法维持的。

第三步还要考虑平衡状态的稳定，这一步初学者有时可以不管，但真正做产品必须考虑。这一步其实就是为了解决“当频率很高的时候，不倒翁会不会变成铅笔”的问题。学过自控原理的人都该知道那个“极点在坐标系左半平面还是右半平面”的判别准则，还应该知道什么“超前/滞后校正”，那些东西就是为了解决负反馈系统的稳定性的。

上面把那个反馈电压称为V REF也是有历史渊源的。用过AD公司的仪表放大器，诸如AD620之类的，立刻就能明白我什么这么叫它。

整个恒流源电路基本分为：1基准电压E，2取样电阻R，3放大器A，4调整管T，5负载RL

各单元连接关系为：RL做调整管T漏极D负载，由+55伏电源供电，取样电阻R接T的源级S与地，取样电阻R的输出电压V f接放大器A的“-”相输入端，基准电压E接放大器A的“+”相输入端，放大器A的输出端接调整管T的删级G，放大器A由正负15伏电源供电。55伏电源与正负15伏电源共地。

基本公式为输出电流Io=E/R

各单元参数选择为：调整管T MOS管IRF840，放大器A LM741，基准电压E=3。0V，

输出电流的调节可采用取样电阻调节或基准电压调节或相结合的办法。