【導(dǎo)讀】許多應(yīng)用利用精密電流源提供恒定電流，包括工業(yè)過程控制、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備和消費(fèi)電子產(chǎn)品。例如，過程控制系統(tǒng)利用電流源提 供電阻溫度檢測器(RTD) 所需的激勵(lì)電流；數(shù)字萬用表利用電流源測量未知電阻、電容和二極管；長距離信息傳輸廣泛使用電流源來 驅(qū)動(dòng)4 mA至20 mA電流環(huán)路。
精密電流源傳統(tǒng)上采用運(yùn)算放大器、電阻和其它分立器件構(gòu)建，但存在尺寸、精度和溫度漂移等方面的不足。現(xiàn)在，高精度、低功耗、低成本集成 差動(dòng)放大器 1, 例如（ AD82762) 的出現(xiàn)，使得尺寸更小、性能更高的電流源變成現(xiàn)實(shí)，如圖 1所示。反饋緩沖器使用低失調(diào)、低偏置電流放大器，例如 AD8538, AD8603, AD8605, AD8628, AD8655, AD8661, AD8663, OP177, 或 OP1177, 具體取決于所需電流范圍。
圖1. 差動(dòng)放大器和運(yùn)算放大器構(gòu)成精密電流源
輸出電流可以通過下式計(jì)算：
如果 Rg1 = Rg2 = Rf1 = Rf2, 上式可簡化為：
最大輸出電流受以下因素限制：運(yùn)算放大器輸入范圍、差動(dòng)放大器輸出范圍以及差動(dòng)放大器SENSE引腳電壓范圍。必須滿足下列三個(gè)條件：
SENSE引腳可以耐受幾乎為電源兩倍的電壓，因此第二個(gè)限制條件相當(dāng)寬松。 2.5V至36V的寬電源電壓范圍使得A D8276成為許多應(yīng)用的理想之選。 A級和B級的最大增益誤差分別為0.05%和0.02%，因此電流源精度最高可達(dá)0.02%。
配置變化
對于可以接受稍大誤差的低成本應(yīng)用，可以移除反饋緩沖器以簡化電路，如圖2所示。
如果
則輸出電流為：
對于
圖2. 去掉反饋放大器的簡化電路
如果所需輸出電流小于A D8276的輸出能力15 m A，則可去掉升壓晶體管，如圖 3所示。如果低電流和降低精度均能接受，則可采用更為簡單的低成本配置，如圖4所示。
圖3. 針對低電流應(yīng)用的簡化電路
圖4. 針對低成本、低電流應(yīng)用的簡化電路
圖5所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以用于高電流、高精度應(yīng)用，運(yùn)算放大器輸入范圍無限制。
圖5. 差動(dòng)放大器和匹配電阻構(gòu)成精密電流源
輸出電流可以通過下式計(jì)算
如果完全匹配, Rg1 = Rg2 = Rf1 = Rf2 = 40 kΩ 且 R1 = R2, 則輸出電 流為：
外部電阻R1和R2應(yīng)具有超高精度和匹配度，否則輸出電流將隨負(fù)載而變化，由此產(chǎn)生的誤差無法通過軟件來校正。
外圍器件
輸入電壓VREF可以是DAC輸出、基準(zhǔn)電壓源或傳感器輸出。如果需要可編程電流源，推薦使用精密14位或16 位DAC，如 AD5640, AD5660, AD5643R, 和 AD5663R 等。至于基準(zhǔn)電壓源，要求更高性能時(shí)推薦使用 精密基準(zhǔn)源 ADR42x和 ADR44x 要求低功耗時(shí)推薦使用 ADR36x 要求低成本時(shí)推薦使用;AD158x和ADR504x 要求小尺寸時(shí)推薦使用集成 運(yùn)算放大器與基準(zhǔn)電壓源ADR82x。
基準(zhǔn)電壓源可以連接到AD8276的反相或同相輸入端。如果使用同相輸入，共模電壓為
輸出電流為
如果使用反相輸入，共模電壓為
輸出電流為
使用反相輸入時(shí)，需要一個(gè)緩沖放大器；因此，建議使用同相輸入，以簡化電路。
晶體管選擇
選擇升壓晶體管時(shí)，務(wù)必使VC高于電源電壓，并使IC高于所需輸出電流。推薦使用 2N3904、2N4401和2N3391等低成本晶體管。電流較低時(shí)，無需使用晶體管。
實(shí)驗(yàn)基準(zhǔn)結(jié)果和分析
使用圖1電路測得的輸入電壓與輸出電流的關(guān)系如圖6所示。A D8276和AD8603采用+5 V電源供電。 R1的容差為0.1%。晶體管為2N3904。基準(zhǔn)電壓以0.01V步進(jìn)從0.05 V掃描至1.20 V。輸入范圍受電源和 AD8603輸入范圍的限制。
最大誤差為0.87%，平均誤差為0.10 % 。電流檢測誤差受外部電阻的限制。較高精度的電阻可以產(chǎn)生較高精度的電流源。
圖6. 使用差動(dòng)放大器和反饋放大器的測試結(jié)果
結(jié)束語
差動(dòng)放大器A D8276具有低失調(diào)電壓、低失調(diào)電壓漂移、低增益誤差、 低增益漂移特性以及集成電阻，可以用來實(shí)現(xiàn)精確、穩(wěn)定的電流源。寬電源電壓 范圍（2.5 V至36 V）使其能支持各種各樣的負(fù)載。節(jié)省空 間的8引腳MSOP封裝和低功耗特性，則使它非常適合電池供電的便攜式系統(tǒng)。采用差動(dòng)放大器實(shí)現(xiàn)精密電流源可以縮小 PCB面積，簡化布局，降低系統(tǒng)成本，提高可靠性。
附 錄：差動(dòng)放大器
表 1
Part 2
推薦閱讀：
