選擇電阻以最大程度減少接地負載電流源誤差

　　運算放大器通常用于在工業(yè)流程控制、科學儀器和醫(yī)療設(shè)備等各種應(yīng)用中產(chǎn)生高性能電流源?！?a href="http://www.ttokpm.com/analog/" target="_blank">模擬對話》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，它們可以提供通過浮動負載或接地負載的恒流。在壓力變送器和氣體探測器等工業(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所示的改進型Howland電流源非常受歡迎，因為它可以驅(qū)動接地負載。允許相對較高電流的晶體管可以用MOSFET取代，以便達到更高的電流。對于低成本、低電流應(yīng)用，可以去除晶體管，如《模擬對話》2009年第43卷第3期“ 精密電流源的心臟：差動放大器”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. 改進型Howland電流源驅(qū)動接地負載。

　　通過對改進型Howland電流源進行分析，可以得出傳遞函數(shù)：

　　（1）

　　提示1：設(shè)置R2 + R5 = R4

　　在公式1中，負載電阻影響輸出電流，但如果我們設(shè)置R1 = R3和R2 + R5 = R4， 則方程簡化為：

　　（2）

　　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

　　為減少器件庫中的總電阻數(shù)，請設(shè)置R1 = R2 = R3 = R4。現(xiàn)在，公式1簡化為：

　　（3）

　　如果R5 = RL，則公式進一步簡化為：

　　（4）

　　此處的輸出電流僅取決于電阻R5。

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

　　如果RL = 5R5 = 500 Ω，則：

　　（5）

　　提示3：R1/R2/R3/R4的值較大，可以改進電流精度

　　大多數(shù)情況下，R1 = R2 = R3 = R4，但RL ≠ R5，因此輸出電流如公式3所示。例如，在R5 = 100 Ω且RL = 500 Ω的情況下，圖2顯示電阻R1與電流精度之間的關(guān)系。要達到0.5%的電流精度，R1必須至少為40 kΩ。

　　圖2. R1與輸出電流精度之間的關(guān)系。