采用精密電流源提供恒定電流已應(yīng)用于眾多領(lǐng)域， 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(cè)器(RTD)所需的激勵(lì)電流；數(shù)字萬(wàn)用表利用電流源測(cè)量未知電阻、電容和二極管；長(zhǎng)距離信息傳輸廣泛使用電流源來(lái)驅(qū)動(dòng)4mA至20mA電流環(huán)路。

圖1 差動(dòng)放大器和運(yùn)算放大器構(gòu)成精密電流源

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（例如AD8276）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。

輸出電流可以通過下式計(jì)算：



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：

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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AD8276成為許多應(yīng)用的理想之選。A級(jí)和B級(jí)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(duì)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(jiǎn)化電路，如圖2所示。

圖2 去掉反饋放大器的簡(jiǎn)化電路


如果所需輸出電流小于AD8276的輸出能力15 mA，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(jiǎn)單的低成本配置，如圖4所示。

圖3 針對(duì)低電流應(yīng)用的簡(jiǎn)化電路

圖4 針對(duì)低成本、低電流應(yīng)用的簡(jiǎn)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(wú)限制。

圖5 差動(dòng)放大器和匹配電阻構(gòu)成精密電流源



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(wú)法通過軟件來(lái)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。



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(wú)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(cè)得的輸入電壓與輸出電流的關(guān)系如圖6所示。AD8276和AD8603采用+5V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0.05V掃描至1.20V，輸入范圍受電源和AD8603輸入范圍的限制。


圖6 使用差動(dòng)放大器和反饋放大器的測(cè)試結(jié)果

最大誤差為0.87%，平均誤差為0.10%。電流檢測(cè)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。

結(jié)束語(yǔ)

差動(dòng)放大器AD8276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(lái)實(shí)現(xiàn)精確、穩(wěn)定的電流源。寬電源電壓范圍（2.5V至36V）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(jiǎn)化布局，降低系統(tǒng)成本，提高可靠性。