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恒流电路介绍

恒流电路是一种能够向负载提供恒定电流的电路，广泛应用于各种电子设备中。恒流电路的核心在于通过控制电路中的电流，使其在负载变化时保持恒定。这通常使用稳压器、运算放大器、MOSFET等元件来实现。

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基于耗尽型MOSFET的恒流电路图

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基本原理

采用耗尽型 MOSFET，可以非常简便地实现恒流电路，如上图所示，由耗尽型MOSFET和限流单元（通常为电阻）构成。通过在GS间接入一个负反馈电阻R，当电路进入工作状态时，负反馈电阻R上因流过电流而产生压降使V_GS＜0，利用耗尽型MOSFET的V_GS与饱和电流的对应关系，当负反馈电阻阻值一定时，即可获得一个恒定电流。

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负反馈电阻R理论计算

耗尽型MOSFET饱和电流表达式为：

其中L表示沟道长度，W为总的宽度，μ_n为载流子迁移率，C_ox为沟道单位面积电容。在器件确定后，以上参数均为常数。

在恒流电路中，假设需要的恒流电流为I_cons，则：

在没有对耗尽型MOSFET施加栅极电压时，耗尽型MOSFET饱和电流表达式为：

由于I_DS@VGS=0V可直接测量得出，并且相同型号器件I_DS@VGS=0V基本相同，所以联立（1）（2）（3）（4）式可得：

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实例分析

由于实际工艺具有波动，所以相同型号的不同批次之间，器件的饱和电流和阈值电压存在一定差异，如图所示，以DMX42C10A的样品参数为例：I_DS@VGS=0V=620mA，VTH近似等于V_GS@IDS=8μA=-2V，假设需要1mA的恒流，那么根据式（6）可计算出：

所以，在GS间接入一个1.92KΩ的负反馈电阻R，即可实现恒定输出1mA的电流。

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实际测试结果

测试条件：

环境温度：18℃；R=2KΩ；耗尽型MOSFET样品信息与（五）相近（I_DS@VGS=0V=700mA，VTH近似等于V_GS@IDS=8μA=-2.1V），但不完全相同（验证工艺偏差对结果的影响）。

实测恒流曲线：

通过实测可以看出，在MOSFET耐压范围内，可以很好的实现恒流效果。

另，理论上不建议耗尽型MOSFET在作为恒流应用时功耗过高，因为在功耗较高时芯片温度也会随之升高，而在温度升高后，如果散热条件不足的话，由于耗尽型MOSFET的阈值电压的值会升高（如上图所示），所以导致电流也会有所增加，而电流的增加又会使芯片功耗增加，进而使芯片温度继续升高，形成电流与温度的正反馈效应，从而使电路的电流不再稳定，甚至会烧毁器件。所以，高功耗的恒流应用不仅与芯片本身的功耗有关，还需要一定的散热条件。通过将MOSFET进行串并联的方式来增加恒流功耗，是一种实现高功耗恒流的思路。