FET 电流源是一种有源电路，它使用场效应晶体管为电路提供恒定的电流。但是为什么你想要一个恒定的电流呢？恒流源和电流吸收器（电流吸收器是电流源的反向）是形成偏置电路或具有恒定电流值的电压参考的非常简单的方法，例如，100uA、1mA 或 20mA，仅使用单个FET 和电阻器。

恒流源通常用于电容器充电电路以实现精确定时目的或用于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。

也可以使用恒流源形成电阻电压基准，因为如果您知道电阻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，创建精确可靠的基于 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，结型场效应晶体管 (JFET) 和金属氧化物半导体 MOSFET 已用于低电流源应用。在其最简单的形式中，JFET 可用作压控电阻器，其中小栅极电压控制其通道的传导。

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，直到栅极到源极电压 (VGS) 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才能将其“关断”。

N 沟道 JFET 偏置

该图显示了在其有源区中使用时具有正常偏置的公共源配置 N 沟道 JFET 的标准排列和连接。这里栅极-源极电压 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 V DD提供漏极到源极电压和来自电源的电流排到源头。进入 JFET 漏极端子的电流标记为 I D。

漏源电压 V DS是 JFET 的正向电压降，是漏极电流 I D的函数，对于不同的 V GS栅源电压值。当 V DS处于其最小值时，JFET 的导电沟道完全打开，而 I D处于其最大值，称为漏源饱和电流 I D(sat)或简称为 I DSS。

当 V DS处于其最大值时，JFET 的导电沟道完全闭合（夹断），因此 I D随漏源电压减小至零，V DS等于漏极电源电压 V DD。JFET 的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 的这种公共源极偏置布置决定了 JFET 在没有任何输入信号时的稳态操作，V IN作为 V GS和 I D是稳态量，即JFET 的静态。

因此，对于共源 JFET，栅极-源极电压 V GS控制有多少电流将流过漏极和源极之间 JFET 的导电沟道，从而使 JFET 成为压控器件，因为其输入电压控制其沟道电流。因此，对于任何给定的 JFET 器件，我们可以通过绘制 I D与 V GS的关系来开发一组输出特性曲线。

N 沟道 JFET 输出特性

JFET 作为恒流源

然后我们可以使用它，因为 n 沟道 JFET 是常开器件，如果 V GS足够负，则漏源导电沟道关闭（截止）并且漏电流减小到零。对于n沟道JFET，漏源之间导电沟道的关闭是由于栅极周围的p型耗尽区变宽，直至完全关闭沟道。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 以介于零安培和 I DSS 之间的某个值分别通过其通道传导电流，从而使其成为理想的 FET 电流源。考虑下面的电路。

JFET 零电压偏置

我们看到 JFET 的输出特性曲线是 I D与 V GS的关系图，对于恒定的 V DS。但我们也注意到，JFET 的曲线不会随 V DS的大变化而变化很大，并且该参数对于建立导电通道的固定工作点非常有用。

最简单的恒流 FET 电流源是 JEFT 的栅极端子短接至其源极端子，如图所示，JFET 的导电通道是开路的，因此流过它的电流将接近其最大 I DSS 值，因为 JFET 在其工作状态饱和电流区。

然而，这种恒流配置的操作和性能相当差，因为 JFET 始终处于完全导通状态，而 I DSS电流值完全取决于器件类型。

例如，2N36xx 或 2N43xx n 沟道 JFET 系列只有几毫安 (mA)，而更大的 n 沟道 J1xx 或 PN4xxx 系列可能有几十毫安。另请注意，与制造商在其数据表中引用的相同部件号的器件之间的 I DSS将有很大差异，此零栅极电压漏极电流 I DSS的最小值和最大值。

另一点需要注意的是，FET 基本上是一个压控电阻器，其导电通道具有与漏极和源极端子串联的电阻值。此通道电阻称为 R DS。正如我们所见，当 V GS = 0 时，最大漏源电流流动，因此 JFET 的沟道电阻 R DS必须处于其最小值，这是事实。

然而，沟道电阻并非完全为零，而是处于由 FET 的制造几何形状定义的某个低欧姆值，并且可能高达 50 欧姆左右。当 FET 导通时，该通道电阻通常称为 R DS(ON)并且在 V GS = 0时处于其最小电阻值。因此，高 R DS(ON)值会导致低 I DSS，反之亦然。

因此，当 V GS等于零伏时，JFET 可以被偏置以在低于其饱和电流 I DSS的任何电流值下作为 FET 电流源器件运行。当 V GS处于其 V GS(off)截止电压电平时，由于通道关闭，漏极电流将为零 ( ID = 0)。因此，只要 JFET 器件在其有源区内工作，沟道漏极电流 I D就会一直流动，如图所示。

JFET 传输曲线

请注意，对于 P 沟道 JFET，V GS(off)截止电压将为正电压，但当V GS等于零伏时获得的饱和电流 IDSS将与 N 沟道器件相同。另请注意，转移曲线是非线性的，因为随着 V GS接近零伏，漏极电流通过开路通道增加得更快。

JFET 负电压偏置

我们记得 JFET 是耗尽型器件，它始终处于“ON”状态，因此 N 沟道 JFET 需要负栅极电压，P 沟道 JFET 需要正栅极电压才能将它们“关断”。用正电压偏置 N 沟道 JFET，或用负电压偏置 P 沟道 JFET 将打开导电沟道，甚至进一步迫使沟道电流 I D超过 I DSS。

但是，如果我们使用 I D对 V GS的特性曲线，我们可以将 V GS设置为某个负电压电平，比如 -1V、-2V 或 -3V，从而创建一个固定的 JFET 恒流源，我们需要的任何电流电平介于零之间和我DSS。

但对于具有改进调节功能的更精确的恒流源，最好将 JFET 偏置在其最大 I DSS值的 10% 到 50% 左右。这也有助于通过电阻通道减少I 2 *R 功率损耗，从而减少热效应。

所以我们可以看到，通过给 JFET 的栅极端偏置一些负电压值，或者给 P 沟道 JFET 偏置一个正电压，我们可以建立它的工作点，允许沟道传导并传递特定值的漏极电流 I D . 对于不同的 V GS值，JFET 漏极电流 I D可以数学表示为：

JFET 漏极电流方程

FET 恒流源示例 No1

J107 N 沟道开关 JFET 的制造商数据表显示，当 V GS = 0 时，它的 I DSS为 40mA ，最大 V GS(off)值为 -6.0 伏。使用这些声明值，计算 JFET 在 V GS = 0、V GS = -2 伏和 V GS = -5 伏时的漏极电流值。还显示了 J107 的传输特性曲线。

1). 当 V GS = 0V

当 V GS = 0V 时，导电通道打开并且流过最大漏极电流。

因此 I D = I DSS = 40mA。

2). 当V GS = -2V

3). 当 VGS = -5V

4). J107 传递特性曲线

由此可见，随着栅源电压V GS接近栅源截止电压，V GS(off)漏极电流ID减小。在这个简单的例子中，我们计算了两点的漏极电流，但是使用零和截止之间的V GS的附加值来计算会给我们一个更准确的曲线形状。

JFET 电流源

只要 JFET 的栅源结反向偏置，就可以将 JFET 用作压控恒流源，对于 N 沟道器件，我们需要 -V GS，对于P沟道器件，我们需要 +V GS . 这里的问题是 JFET 需要两个独立的电压源，一个用于 V DD，另一个用于 V GS。

然而，如果我们在源极和地（0 伏特）之间放置一个电阻器，我们可以实现必要的 V GS自偏置布置，以便 JFET 仅使用 V DD电源电压作为恒流源运行。考虑下面的电路。

JFET 电流源

乍一看，您可能认为此配置与我们在JFET 教程中看到的 JFET 共漏极（源极跟随器）电路非常相似。

然而这次的不同之处在于，虽然 FET 的栅极端子仍直接接地 (V G = 0)，但由于源电阻 R S两端的压降，源极端子处于高于零电压接地的某个电压电平。

因此，当沟道电流流过外部源电阻器时，JFET 的栅源电压将小于（负于）零 (V GS < 0)。

外部源极电阻 R S提供反馈电压，用于自偏置 JFET 的栅极端子，使通过沟道的漏极电流保持恒定，无论漏源电压如何变化。因此，我们唯一需要的电压源是提供漏极电流和偏置的电源电压VDD 。

因此，JFET 使用源电阻 (V RS ) 两端的电压降来设置栅极偏置电压 V GS，从而设置沟道电流，如我们在上面看到的那样。因此，增加 R S的电阻值将减少沟道漏极电流 I D，反之亦然。但是如果我们想构建一个 JFET 恒流源电路，这个外部源电阻 R S的合适值是多少。

特定 N 沟道 JFET 的制造商数据表将为我们提供 V GS(off)和 I DSS的值。知道这两个参数的值后，我们可以将上述 JFET 等式换算为漏极电流 I D ，以针对任意给定的漏极电流值I D 找到 V GS的值，如图所示， I D介于零和 I DSS之间。

JFET 栅源电压方程

找到给定漏极电流所需的栅源电压后，只需使用欧姆定律即可找到所需的源极偏置电阻值，因为 R = V/I。因此：

JFET 源电阻方程

FET 恒流源示例 No2

使用上面的 J107 N 沟道 JFET 器件，当 V GS = 0 时，它的 I DSS为 40mA ，最大 V GS(off)值为 -6.0 伏。计算产生 20mA 恒定通道电流和 5mA 恒定电流所需的外部源电阻器的值。

1). V GS for I D = 20mA

2). I D的V GS = 5mA

因此，当 V GS(off)和 I DSS都已知时，我们可以使用上面的等式来找到为特定漏极电流偏置栅极电压所需的源极电阻，在我们的简单示例中，它在 20mA 时为 87.5Ω，并且5mA 时为 776Ω。因此，添加一个外部源电阻器可以调整电流源输出。

如果我们用电位器代替固定值电阻器，我们可以使 JFET 恒流源完全可调。例如，我们可以用一个 1kΩ 电位器或微调器替换上例中的两个源电阻器。除了完全可调外，这个 JFET 恒流源电路漏极电流将保持恒定，即使 V DS发生变化。

FET 恒流源示例 No3

需要一个 N 沟道 JFET 来在 8mA 和 15mA 之间改变 5mm 圆形红色 LED 负载的亮度。如果 JFET 恒流源电路由 15 伏直流电源供电，则计算当开关 JFET 具有 -4.0 伏的最大 V GS(off)值和当V GS = 0 时， I DSS为20mA 。画出电路图。

1). I D的V GS = 8mA

2). V GS for I D = 15mA

然后我们需要一个能够在 36Ω 和 184Ω 之间改变其电阻的外部电位器。最接近的首选电位器值为 200Ω。

可调 JFET 恒流源

使用电位器或微调器代替固定值源电阻 R S可以让我们改变或微调流过 JFET 导电通道的电流。

然而，为了确保通过 FET 器件的良好电流调节，从而获得更稳定的电流，最好将流过 LED 的最大通道电流（本例中为 15mA）限制在 10% 到 50% 之间JFET 的 I DSS值。

使用 MOSFET 创建恒流源允许更大的通道电流和更好的电流调节，并且与 JFET 仅可用作常开耗尽模式器件不同，MOSFET 可用于耗尽模式（常开）和增强模式（常关）设备作为 P 沟道或 N 沟道类型，允许更大范围的电流源选项。

FET恒流源总结

我们在本教程中看到关于FET 恒流源，由于其沟道电阻特性，场效应晶体管可用于为负载提供恒定电流，并在需要提供固定电流的电子电路中找到许多应用到一个连接的负载。

可以使用耗尽型 FET 构建恒流电路，也可以使用 BJT（双极结型晶体管）或这两种器件的组合。请记住，JFET 是一种电压控制设备，而不是像双极结型晶体管那样的电流控制设备。

结型场效应晶体管 (JFET) 的主要特性之一是，由于它是一种耗尽器件，其导电沟道始终打开，因此需要栅源电压 V GS 才能将其“关闭”。

N 沟道 JFET 所需的 V GS(off) 电压范围从 0 伏（沟道完全导通）到某个负值（通常为几伏）以完全关闭 JFET，从而关闭沟道。因此，通过将 JFET 的栅极端子偏置在零和 V GS(off)之间的某个固定值，我们可以控制通道耗尽层宽度，从而控制其电阻值，从而通过固定且恒定的电流量。对于 P 沟道 JFET，其 V GS(off)值范围从用于全沟道传导的 0 伏到用于特定 V DS值的几伏正值。

给定 JFET 器件的恒流调节和容差与通过沟道的漏极电流 I D的大小有关。通过特定器件的漏极电流越低，调节就越好。将 JFET 偏置在其最大 I DSS值的大约 10% 到 50% 之间将改善器件调节和性能。这是通过在源极和栅极端子之间连接一个外部电阻来实现的。

如上所示的栅极到源极反馈电阻器为 JFET 提供了必要的自偏置，使其能够在远低于其饱和电流 I DSS 的任何电流水平下作为恒流源运行。该外部源电阻 R S可以是固定电阻值或使用电位器可变。