场效应管(FET)电流源

FET 恒流源使用 JFET 和 MOSFET 来提供负载电流，尽管负载电阻或电源电压发生变化，该电流仍保持恒定。

1、概述

FET 电流源是一种有源电路，它使用场效应晶体管向电路提供恒定电流。 但为什么需要恒定电流呢？ 恒流源和电流吸收器（电流吸收器与电流源相反）是形成具有恒定电流值的偏置电路或电压基准的非常简单的方法，例如，仅使用单个电流值，100uA、1mA 或 20mA FET 和电阻。

恒流源通常用于用于精确定时的电容器充电电路或可充电电池充电应用，以及用于以恒定亮度驱动 LED 串的线性 LED 电路。

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电压降。

然而，创建准确可靠的基于 FET 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。

场效应晶体管通常用于创建电流源，结型 FET (JFET) 和金属氧化物半导体 MOSFET 已用于低电流源应用。 在最简单的形式中，JFET 可用作压控电阻器，其中小栅极电压控制其沟道的导通。

2、偏置结 FET

我们在有关 JFET 的教程中看到，JFET 是耗尽型器件，而 N 沟道 JFET 是“常开”器件，直到栅源电压 ($V_{GS}$) 变得足够负以将其“关闭”。 P 沟道 JFET 也是一种“常开”耗尽型器件，需要栅极电压变得足够正以将其“关闭”。

2.1 N沟道JFET偏置

该图显示了在有源区域使用时具有正常偏置的共源配置 N 沟道 JFET 的标准布置和连接。 这里，栅源电压 $V_{GS}$ 等于栅极电源或输入电压 $V_G$，它设置栅极和源极之间的反向偏置，而 VDD 提供漏极到源极电压以及从电源从漏极到源极的电流。 。 进入 JFET 漏极端子的电流被标记为 $I_D$。

漏极-源极电压 $V_{DS}$是 JFET 的正向压降，并且是漏极电流 $I_D$（对于 $V_{GS}$ 的不同栅极-源极值）的函数。 当 VDS 处于最小值时，JFET 的导电沟道完全打开，$I_D$ 处于最大值，称为漏源饱和电流 $I_{D(sat)}$ 或简称 $I_{DSS}$。

当 $V_{DS}$ 处于最大值时，JFET 的导电沟道完全关闭（夹断），因此 $I_D$ 随着漏源电压减小至零，$V_{DS}$ 等于漏极电源电压 $V_{DD}$。 JFET 沟道停止导通时的栅极电压 $V_{GS}$ 称为栅极截止电压 $V_{GS(off)}$。

N 沟道 JFET 的这种共源偏置布置决定了在没有任何输入信号 VIN 的情况下 JFET 的稳态操作，因为 $V_{GS}$ 和 I_D 是稳态量，即 JFET 的静态。

因此，对于共源极 JFET，栅源电压 $V_{GS}$ 控制有多少电流流过 JFET 漏极和源极之间的导电沟道，从而使 JFET 成为电压控制器件，因为其输入电压控制其沟道电流。 因此，我们可以通过绘制任何给定 JFET 器件的 $I_D$ 与 $V_{GS}$ 的关系来绘制一组输出特性曲线。

2.2 N沟道JFET输出特性

3、JFET 作为恒流源

然后我们可以使用它，因为M沟道 JFET 是常导通器件，如果 VGS 足够负，则漏极-源极导电沟道关闭（截止）并且漏极电流减小至零。 对于n沟道JFET，漏极和源极之间的导电沟道的关闭是由栅极周围的p型耗尽区加宽直至完全关闭沟道引起的。 N 型耗尽区关闭 P 沟道 JFET 的沟道。

因此，通过将栅源电压设置为某个预先确定的固定负值，我们可以使 JFET 以零安培和 $I_{DSS}$ 之间的某个值分别通过其沟道传导电流，使其成为理想的 FET 电流源。 考虑下面的电路。

4、JFET 零电压偏置

我们看到，JFET 的输出特性曲线是 $V_{DS}$ 恒定时 $I_D$ 与 V G S V_{GS}