差动放大器构成精密电流源的核心

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1、差动放大器构成精密电流源的核心作者：NeilZhao,ReemMalik,和WenshuaiLiao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4mA至20mA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

2、，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。图1.差动放大器和运算放大器构成精密电流源 输出电流可以通过下式计算：如果Rg1=Rg2=Rf1=Rf2,上式可简化为：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)–0.2V至2×(+Vs)–3V内在AD8276输出电压范围–

3、Vs+0.2V至+Vs–0.2V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AD8276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Forcost-sensitiveapplicationsthatcantoleratealittlemoreerror,thecircuitcanbesimplifiedbyremovingthefeedbackbuffer,asshowninFigure2.如果，则输出电流为：对于图2.去掉反馈放

4、大器的简化电路如果所需输出电流小于AD8276的输出能力15mA，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。图3.针对低电流应用的简化电路图4.针对低成本、低电流应用的简化电路 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。图5.差动放大器和匹配电阻构成精密电流源输出电流可以通过下式计算：如果完全匹配，Rg1=Rg2=Rf1=Rf2=40kΩ且R1=R2，则输出电流为：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

5、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，输出电流为。如果使用反相输入，共模电压为输出电流为。使用反相输入时，需要一个缓冲放大器；因此，建议使

6、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。AD8276和AD8603采用+5V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0.05V扫描至1.20V。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。图6.使

7、用差动放大器和反馈放大器的测试结果结束语差动放大器AD8276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（2.5V至36V）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)电源电流(mA)VosTC(μV/°C)增益