利用DS4303或DS4305构造精密电流源

2012-03-04

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摘要

本应用笔记介绍了如何利用DS4303/DS4305电压采样和永久保持IC构造精密、高度灵活的电流源，价格不高且易于实现。

引言

有些应用中需要可调节电流源控制另一系统或为其提供偏置。在产品的有效使用期限内可能只需要一次电流调节，多数情况下是在生产线上或工厂校准期间进行调整。目前，电流设置可以通过人工挑选电阻、调节电位器或利用DAC实现，无论是元件成本还是校准费用，这些方案都相对比较昂贵。

另外，有些应用可能需要灵活调整电流源，要求大电流范围(中等精度)或小范围(高精度)，还要足够简单以保持系统的稳固性。

设计挑战

把DS4303/DS4305的高精度电压输出转换成电流源，只需要额外增加三个元件：一路运放、一只晶体管和一个电阻(图1)，采用最便宜的元件即可构建电路。附加电路利用运放反馈，把DS4303/DS4305输出电压转换成独立的电流源。只要晶体管保持正确偏置，就可以控制电流源并保持高精确电流输出(图2)。电路中的误差源主要包括：运放失调电压、较低的晶体管增益或漏电流等，这些都可以通过DS4304/DS4305的调整消除掉。一旦完成调整，V_IN可以悬空，电流输出I_OUT将保持在所要求的数值。

图1. 利用DS4303和几个低成本元件构建高精度电流源。

图2. 利用DS4303和几个便宜元件构成高精度电流源，可吸入电流。

上述电路中，需谨慎选择电阻R，不仅用其设置电流范围，还需保证晶体管工作在线性区。电流高于特定工作点时，可能引起晶体管饱和，导致最大电流下降。相反，如果运放摆幅为V_CC至GND，则在电流范围的低端，电流设置可能导致电压无法足以驱动晶体管开启，使晶体管处于截止状态。为了防止这种情况，运放必须提供一点负压，以保持最小电流下的正常工作。尽管电路存在缺陷，但在80%以上的电流范围内仍可保证理想工作。

考虑到晶体管特性并非理想，计算R时可以设置目标范围和精度。设置R后，再通过调节DS4303/DS4305的V_IN电压调整输出电流。下表给出了一些兼顾电流和精度的R推荐参数。

DS4303 Minimum V_OUT (V)	DS4303 Maximum V_OUT (V)	R (Ω)	Maximum I_OUT* (mA)	Minimum I_OUT (mA)	Current Span (mA)	Current Accuracy ±(mA)
0.3	3.3	30	110	10	100	0.033333
0.3	3.3	100	33	3	30	0.01
0.3	3.3	1000	3.3	0.3	3	0.001
0.3	3.3	10000	0.33	0.03	0.3	0.0001
0.3	3.3	100000	0.033	0.003	0.03	0.00001
*采用理想元件。