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許多應用利用精密電流源提供恒定電流，包括工業(yè)過(guò)程控制、儀器儀表、醫療設備和消費電子產(chǎn)品。例如，過(guò)程控制系統利用電流源提供電阻溫度檢測器(RTD)所需的激勵電流；數字萬(wàn)用表利用電流源測量未知電阻、電容和二極管；長(cháng)距離信息傳輸廣泛使用電流源來(lái)驅動(dòng)4mA至20mA電流環(huán)路。 精密電流源傳統上采用運算放大器、電阻和其它分立器件構建，但存在尺寸、精度和溫度漂移等方面的不足�，F在，高精度、低功耗、低成本集成差動(dòng)放大器（例如AD8276）的出現，使得尺寸更小、性能更高的電流源變成現實(shí)，如圖1所示。反饋緩沖器使用低失調、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)放大器和運算放大器構成精密電流源 輸出電流可以通過(guò)下式計算： 最大輸出電流受以下因素限制：運算放大器輸入范圍、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(mǎn)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)限制條件相當寬松。2.5V至36V的寬電源電壓范圍使得AD8276成為許多應用的理想之選。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0.02%。 1 配置變化 對于可以接受稍大誤差的低成本應用，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A(yíng)D8276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 針對低電流應用的簡(jiǎn)化電路 圖4 針對低成本、低電流應用的簡(jiǎn)化電路 圖5所示的拓撲結構可以用于高電流、高精度應用，運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成精密電流源 外部電阻R1和R2應具有超高精度和匹配度，否則輸出電流將隨負載而變化，由此產(chǎn)生的誤差無(wú)法通過(guò)軟件來(lái)校正。 2 外圍器件 輸入電壓VREF可以是DAC輸出、基準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。至于基準電壓源，要求更高性能時(shí)推薦使用精密基準源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)推薦使用集成運算放大器與基準電壓源ADR82x。 3 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。 4 實(shí)驗基準結果和分析 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。AD8276和AD8603采用+5V電源供電，R1的容差為0.1%，晶體管為2N3904，基準電壓以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試結果 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。 5 結束語(yǔ) 差動(dòng)放大器AD8276具有低失調電壓、低失調電壓漂移、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)現精確、穩定的電流源。寬電源電壓范圍（2.5V至36V）使其能支持各種各樣的負載。節省空間的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。采用差動(dòng)放大器實(shí)現精密電流源可以縮小PCB面積，簡(jiǎn)化布局，降低系統成本，提高可靠性。 |
