差動放大器構(gòu)成精密電流源的核心

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1、差動放大器構(gòu)成精密電流源的核心作者：NeilZhao,ReemMalik,和WenshuaiLiao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4mA至20mA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?，F(xiàn)在，高精度、低功耗、低成本集成差動放大器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)

2、，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、差動放大器輸出范圍以及差動放大器SENSE引腳電壓范圍。必須滿足下列三個(gè)條件：在運(yùn)算放大器輸入范圍內(nèi)在SENSE引腳電壓范圍2×(–Vs)–0.2V至2×(+Vs)–3V內(nèi)在AD8276輸出電壓范圍–

3、Vs+0.2V至+Vs–0.2V內(nèi)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Forcost-sensitiveapplicationsthatcantoleratealittlemoreerror,thecircuitcanbesimplifiedbyremovingthefeedbackbuffer,asshowninFigure2.如果，則輸出電流為：對于圖2.去掉反饋放

4、大器的簡化電路如果所需輸出電流小于AD8276的輸出能力15mA，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=40kΩ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

5、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?；鶞?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

6、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。AD8276和AD8603采用+5V電源供電。R1的容差為0.1%。晶體管為2N3904?；鶞?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。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

7、用差動放大器和反饋放大器的測試結(jié)果結(jié)束語差動放大器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：差動放大器型號共模范圍(V)典型帶寬(MHz)CMRR(dB)增益范圍最小電源電壓(V)最大電源電壓(V)電源電流(mA)VosTC(μV/°C)增益