如何選擇外部電阻減少接地負(fù)載電流源誤差

運(yùn)算放大器通常用于在工業(yè)流程控制、科學(xué)儀器和醫(yī)療設(shè)備等各種應(yīng)用中產(chǎn)生高性能電流源?！赌M對(duì)話》1967年第1卷第1期上發(fā)表的“單放大器電流源”介紹了幾種電流源電路，它們可以提供通過(guò)浮動(dòng)負(fù)載或接地負(fù)載的恒流。在壓力變送器和氣體探測(cè)器等工業(yè)應(yīng)用中，這些電路廣泛應(yīng)用于提供4 mA至20 mA或0 mA至20 mA的電流。

圖1所示的改進(jìn)型Howland電流源非常受歡迎，因?yàn)樗梢则?qū)動(dòng)接地負(fù)載。允許相對(duì)較高電流的晶體管可以用MOSFET取代，以便達(dá)到更高的電流。對(duì)于低成本、低電流應(yīng)用，可以去除晶體管，如《模擬對(duì)話》2009年第43卷第3期“精密電流源的心臟：差動(dòng)放大器”所述。

這種電流源的精度取決于放大器和電阻。本文介紹如何選擇外部電阻以最大程度減少誤差。

圖1. 改進(jìn)型Howland電流源驅(qū)動(dòng)接地負(fù)載。

通過(guò)對(duì)改進(jìn)型Howland電流源進(jìn)行分析，可以得出傳遞函數(shù)：

提示1：設(shè)置R2 + R5 = R4

在公式1中，負(fù)載電阻影響輸出電流，但如果我們?cè)O(shè)置R1 = R3和R2 + R5 = R4, 則方程簡(jiǎn)化為：

此處的輸出電流只是R3、R4和R5的函數(shù)。如果有理想放大器，電阻容差將決定輸出電流的精度。

提示2：設(shè)置RL = n × R5

為減少器件庫(kù)中的總電阻數(shù)，請(qǐng)?jiān)O(shè)置R1 = R2 = R3 = R4。現(xiàn)在，公式1簡(jiǎn)化為：

如果R5 = RL，則公式進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：

此處的輸出電流僅取決于電阻R5。

某些情況下，輸入信號(hào)可能需要衰減。例如，在處理10 V輸入信號(hào)且R5 = 100 Ω的情況下，輸出電流為100 mA。要獲得20 mA的輸出電流，請(qǐng)?jiān)O(shè)置R1 = R3 = 5R2 = 5R4?，F(xiàn)在，公式1簡(jiǎn)化為：

如果RL = 5R5 = 500 Ω，則：

提示3：R1/R2/R3/R4的值較大，可以改進(jìn)電流精度