這個問題是逛TI論壇時看到的一個恒流源輸出漏電的問題,原帖沒有給出合適的解決方案,并且這個問題比較經典,所以與各位道友一同分享我的看法和解決思路。
問題描述:
如圖所示,該LED恒流電路能滿足一般情況的需求,但是會有個小問題,即LED無法完全關斷。在輸入電壓等于0V,而且運放的同相輸入端電壓也是零,檢測到三極管的基極電壓0.5v,LED會有點光,不仔細觀察無法發現。把三極管改成mos管后,mos管柵極電壓測試是0.7v,問題依然存在,LED還是微亮。
最后換運放,同一型號的運放有的沒有問題,有的有問題,基本一半一半的,提醒工程師注意這個問題。
問題分析:
那么問題出在了哪里呢?
那么就是VOS導致的采樣電阻上端會有微弱的電壓,從而導致三極管不能完全關斷,導致的漏電流使LED微亮。這顆運放的參數看了一下,Vos典型值為±5mV,那么折算到10Ω電流采樣電阻上,電流就大概是0.5mA,也正是這點漏電流導致了LED微亮。
而VOS一般呈正態分布,所以這也解釋了帖子中描述的,替換運放概率會解決LED微亮的Bug,而且基本一半一半好壞。由于SGM321的數據手冊中沒有Vos的正態分布圖,所以我在AD822的手冊中找了一個類似的正態分布圖,供各位參考。
仿真驗證:
為了驗證這一想法,我們打開Multisim,搭建類似的恒流源電路,由于沒有相應的模型,所以選取理想運放,并且設置其Vos和SGM321的參數相同,仿真分Vos為+5mV以及-5mV兩種情況進行討論,來雙面驗證我們的猜想。1. Vos==-5mV:同相輸入端電壓比反向輸入端電壓要小5mV。
2. Vos==+5mV:同相輸入端電壓比反向輸入端電壓要大5mV(但是由于這種單電源接法,仿真體現不出來)。
所以根據仿真也可以印證就是Vos導致的LED微亮,也就是這種電流源結構存在漏電問題。那么如何解決呢?
解決方案1:更換精密運放
更換精密運放,可以減小Vos,那么就可以減小Vos導致的三極管,MOS管微導通導致的漏電。例如下圖仿真將Vos設為0V,基本不會有負載電流。
解決方案2:加大采樣電阻
加大采樣電阻,采樣電阻增大,可以減小漏電,因為前面也分析過,漏電流I = Vos/R。例如將采樣電阻增大10倍后,漏電流也相應減小10倍。不過這種解決方案實際使用可能并不符合實際需求。
解決方案3:額外的增加偏置
額外的增加偏置,例如在反相輸入端上,額外增加一顆較大的電阻上拉到VCC,那么這樣就人為的增加了一個偏置電壓,那么就可以杜絕在輸入電壓為0V的時候產生的漏電現象。仿真如下:
Note:增加偏置電阻這個方法,會有點點改變恒流源的輸出電流曲線(不是很明顯)。例如下圖,是增加偏置電阻前后的輸出電流和輸入電壓的對應曲線。
總結:解決方案很多,對成本敏感的話,可以增加偏置電阻。對成本不敏感的話,可以選擇精密運放。
像這種同一型號的器件,有的行有的不行,那么就要往器件參數上去考慮,很有可能就是器件的某個或者多個參數導致的問題。硬件不會騙人,玄學一定是沒有考慮到的參數導致的,器件參數,溫度,亦或是環境干擾。
來源:本文轉載自24c01硬件電子公眾號
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原文標題:一個恒流源輸出漏電的問題
文章出處:【微信號:FANYPCB,微信公眾號:凡億PCB】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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