精密電流源傳統上采用運算放大器、電阻和其它分立器件構建，但存在尺寸、精度和溫度漂移等方面的不足?，F在，高精度、低功耗、低成本集成 差動放大器 ¹, 例如（ AD8276²) 的出現，使得尺寸更小、性能更高的電流源變成現實，如圖 1所示。反饋緩沖器使用低失調、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. 差動放大器和運算放大器構成精密電流源

 

輸出電流可以通過下式計算：

 

 

如果 R_g1 = R_g2 = R_f1 = R_f2, 上式可簡化為：

 

 

最大輸出電流受以下因素限制：運算放大器輸入范圍、差動放大器輸出范圍以及差動放大器SENSE引腳電壓范圍。必須滿足下列三個條件：

 

 

SENSE引腳可以耐受幾乎為電源兩倍的電壓，因此第二個限制條件相當寬松。 2.5V至36V的寬電源電壓范圍使得A D8276成為許多應用的理想之選。 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0.02%。

 

配置變化

 

對于可以接受稍大誤差的低成本應用，可以移除反饋緩沖器以簡化電路，如圖2所示。

 

如果

 

 

則輸出電流為：

 

 

對于 

 

圖2. 去掉反饋放大器的簡化電路

 

如果所需輸出電流小于A D8276的輸出能力15 m A，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. 針對低電流應用的簡化電路

 

圖4. 針對低成本、低電流應用的簡化電路

 

圖5所示的拓撲結構可以用于高電流、高精度應用，運算放大器輸入范圍無限制。

 

圖5. 差動放大器和匹配電阻構成精密電流源

 

輸出電流可以通過下式計算

 

 

如果完全匹配, R_g1 = R_g2 = R_f1 = R_f2 = 40 kΩ 且 R₁ = R₂, 則輸出電 流為：

 

 

外部電阻R₁和R₂應具有超高精度和匹配度，否則輸出電流將隨負載而變化，由此產生的誤差無法通過軟件來校正。

 

外圍器件

 

輸入電壓VREF可以是DAC輸出、基準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。至于基準電壓源，要求更高性能時推薦使用 精密基準源 ADR42x和 ADR44x 要求低功耗時推薦使用 ADR36x 要求低成本時推薦使用;AD158x和ADR504x 要求小尺寸時推薦使用集成 運算放大器與基準電壓源ADR82x。

 

基準電壓源可以連接到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，需要一個緩沖放大器；因此，建議使用同相輸入，以簡化電路。

 

晶體管選擇

 

選擇升壓晶體管時，務必使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，無需使用晶體管。

 

實驗基準結果和分析

 

使用圖1電路測得的輸入電壓與輸出電流的關系如圖6所示。A D8276和AD8603采用+5 V電源供電。 R₁的容差為0.1%。晶體管為2N3904?；鶞孰妷阂?.01V步進從0.05 V掃描至1.20 V。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生較高精度的電流源。

 

圖6. 使用差動放大器和反饋放大器的測試結果

 

結束語

 

差動放大器A D8276具有低失調電壓、低失調電壓漂移、低增益誤差、 低增益漂移特性以及集成電阻，可以用來實現精確、穩定的電流源。寬電源電壓 范圍（2.5 V至36 V）使其能支持各種各樣的負載。節省空 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。采用差動放大器實現精密電流源可以縮小 PCB面積，簡化布局，降低系統成本，提高可靠性。

 

附 錄：差動放大器

 

表 1

 

Part 2

 

 

 

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