许多应用利用精密电流源提供恒定电流,包括工业过程控制、仪器仪表、医疗设备和消费电子产品。例如,过程控制系统利用电流源提 供电阻温度检测器(RTD) 所需的激励电流;数字万用表利用电流源测量未知电阻、电容和二极管;长距离信息传输广泛使用电流源来 驱动4 mA至20 mA电流环路。
精密电流源传统上采用运算放大器、电阻和其它分立器件构建,但存在尺寸、精度和温度漂移等方面的不足。现在,高精度、低功耗、低成本集成 差动放大器 1, 例如( AD82762) 的出现,使得尺寸更小、性能更高的电流源变成现实,如图 1所示。反馈缓冲器使用低失调、低偏置电流放大器,例如 AD8538, AD8603, AD8605, AD8628, AD8655, AD8661, AD8663, OP177, 或 OP1177, 具体取决于所需电流范围。
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输出电流可以通过下式计算:
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如果 Rg1 = Rg2 = Rf1 = Rf2, 上式可简化为:
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最大输出电流受以下因素限制:运算放大器输入范围、差动放大器输出范围以及差动放大器SENSE引脚电压范围。必须满足下列三个条件:
![]() |
在运算放大器输入范围内 |
![]() |
在SENSE引脚电压范围2× (–Vs) – 0.2 V至2× (+Vs) – 3 V内。 |
![]() |
在A D8276输出电压范围–Vs+ 0.2 V至+Vs– 0.2 V内。 |
SENSE引脚可以耐受几乎为电源两倍的电压,因此第二个限制条件相当宽松。 2.5V至36V的宽电源电压范围使得A D8276成为许多应用的理想之选。 A级和B级的最大增益误差分别为0.05%和0.02%,因此电流源精度最高可达0.02%。
配置变化
对于可以接受稍大误差的低成本应用,可以移除反馈缓冲器以简化电路,如图2所示。
如果
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则输出电流为:
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对于
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如果所需输出电流小于A D8276的输出能力15 m A,则可去掉升压晶体管,如图 3所示。如果低电流和降低精度均能接受,则可采用更为简单的低成本配置,如图4所示。

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图5所示的拓扑结构可以用于高电流、高精度应用,运算放大器输入范围无限制。
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输出电流可以通过下式计算
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如果完全匹配, Rg1 = Rg2 = Rf1 = Rf2 = 40 kΩ 且 R1 = R2, 则输出电 流为:
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外部电阻R1和R2应具有超高精度和匹配度,否则输出电流将随负载而变化,由此产生的误差无法通过软件来校正。
外围器件
输入电压VREF可以是DAC输出、基准电压源或传感器输出。如果需要可编程电流源,推荐使用精密14位或16 位DAC,如 AD5640, AD5660, AD5643R, 和 AD5663R 等。至于基准电压源,要求更高性能时推荐使用 精密基准源 ADR42x和 ADR44x 要求低功耗时推荐使用 ADR36x 要求低成本时推荐使用;AD158x和ADR504x 要求小尺寸时推荐使用集成 运算放大器与基准电压源ADR82x。
基准电压源可以连接到AD8276的反相或同相输入端。如果使用同相输入,共模电压为
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输出电流为
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如果使用反相输入,共模电压为
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输出电流为
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使用反相输入时,需要一个缓冲放大器;因此,建议使用同相输入,以简化电路。
晶体管选择
选择升压晶体管时,务必使VC高于电源电压,并使IC高于所需输出电流。推荐使用 2N3904、2N4401和2N3391等低成本晶体管。电流较低时,无需使用晶体管。
实验基准结果和分析
使用图1电路测得的输入电压与输出电流的关系如图6所示。A D8276和AD8603采用+5 V电源供电。 R1的容差为0.1%。晶体管为2N3904。基准电压以0.01V步进从0.05 V扫描至1.20 V。输入范围受电源和 AD8603输入范围的限制。
最大误差为0.87%,平均误差为0.10 % 。电流检测误差受外部电阻的限制。较高精度的电阻可以产生较高精度的电流源。
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结束语
差动放大器A D8276具有低失调电压、低失调电压漂移、低增益误差、 低增益漂移特性以及集成电阻,可以用来实现精确、稳定的电流源。宽电源电压 范围(2.5 V至36 V)使其能支持各种各样的负载。节省空 间的8引脚MSOP封装和低功耗特性,则使它非常适合电池供电的便携式系统。采用差动放大器实现精密电流源可以缩小 PCB面积,简化布局,降低系统成本,提高可靠性。
附 录:差动放大器
表 1
型号 | 共模范围 (V) | 典型带宽(MHz) | CMRR(dB) | 增益范围 | 最小电源电压(V) | 最大电源电压(V) |
AD8270 | –Vs 至 +Vs | 10 | 98 | 1.5 | +5 | +36 |
AD8271 | –Vs–0.4 至 +Vs+0.4 | 15 | 80 | 1.5 | +2.5 | +36 |
AD8273 | ±40 | 20 | 86 | 1.5 | +5 | +36 |
AD8274 | ±3 | 10 | 86 | 1.5 | +5 | +36 |
AD8275 | –13 至 +24 | 15 | 96 | 0.2 | +3.3 | +15 |
AD8276 | 2(–Vs) + 0.2至 2(+Vs)–3 | 0.55 | 86 | 1 | +2.5 | +36 |
Part 2
型号 | 电源电流(mA) | VosTC (μV/°C) | 增益TC(ppm/°C | 温度范围 | 封装 |
AD8270 | 2.5 | 1.5 | 1 | –40 至 +125 | LFCSP |
AD8271 | 2.6 | 2 | 2 | –40 至 +85 |
MSOP |
AD8273 | 2.5 | 3 | 2 | –40 至 +125 | SOIC |
AD8274 | 2.6 | 3 | 0.5 | –40 至 +85 | MSOP, SOIC |
AD8275 | 2.3 | 2.5 | 0.3 | –40 至 +85 | MSOP |
AD8276 | 0.22 | 2 | 1 | –40 至 +125 | MSOP, SOIC |