作者：Neil Zhao, Reem Malik, and Wenshuai Liao

精密電流源在許多應用中提供恒定電流，包括工業過程控制、儀器儀表、醫療設備和消費產品。例如，電流源用于為過程控制系統中的電阻溫度檢測器（RTD）提供激勵;測量數字萬用表中的未知電阻、電容器和二極管;并驅動4 mA至20 mA電流環路，廣泛用于長距離傳輸信息。

傳統上，精密電流源是使用運算放大器、電阻器和其他分立元件構建的，其局限性在于尺寸、精度和溫度漂移?，F在，可以使用AD8276等高精度、低功耗、低成本集成式差動放大器來實現更小、更高性能的電流源，如圖1所示。反饋緩沖器使用具有低失調和低偏置電流的放大器，例如AD8538、AD8603、AD8605、AD8628、AD8655、AD8661、AD8663、OP177或OP1177，具體取決于所需的電流范圍。

圖1.差動放大器和運算放大器構成精密電流源。

輸出電流的計算公式如下：

如果 RG1= RG2= RF1= RF2，方程可以簡化為：

最大輸出電流受運算放大器輸入范圍、差動放大器輸出范圍和差動放大器SENSE引腳電壓范圍的限制。必須滿足以下三個條件：

在運算放大器輸入范圍內

在 SENSE 引腳電壓范圍內 = 2×（–Vs） – 0.2 V 至 2×（+Vs） – 3 V

在AD8276輸出電壓范圍內 = –Vs + 0.2 V 至 +Vs – 0.2 V

SENSE引腳可以承受幾乎是電源兩倍大的電壓，因此第二個限制將非常寬松。2.5 V至36 V寬電源電壓范圍使AD8276非常適合許多應用。A級和B級的最大增益誤差分別為0.05%和0.02%，可實現精度高達0.02%的電流源。

配置變化

對于可以容忍更多誤差的成本敏感型應用，可以通過移除反饋緩沖器來簡化電路，如圖2所示。

跟

輸出電流為：

為

圖2.簡化的電路省去了反饋放大器。

如果所需的輸出電流小于15 mA（AD8276的輸出能力），則可以省去升壓晶體管，如圖3所示。如果低電流和降低的精度都可以接受，則可以采用圖4中更簡單、成本更低的配置。

圖3.適用于低電流應用的簡化電路。

圖4.適用于低成本、低電流應用的簡化電路。

圖5所示拓撲可用于高電流、高精度應用，不受運算放大器輸入范圍的限制。

圖5.差動放大器和匹配電阻構成精密電流源。

輸出電流可以計算為：

如果理想匹配，RG1= RG2= RF1= RF2= 40 kΩ 和 R1= R2，輸出電流為：

外部電阻器 R1和 R2應該具有超高精度和匹配性，否則輸出電流會隨負載而變化，這是軟件無法糾正的錯誤。

周邊組件

輸入電壓，V裁判，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，例如AD5640、AD5660、AD5643R和AD5663R。對于基準電壓源，建議使用精密ADR42x、ADR44x以獲得更高的性能; 建議將ADR36x用于低功耗;建議使用AD158x和ADR504x，以實現低成本;對于小尺寸，建議使用ADR82x集成運算放大器和基準電壓源。

基準電壓源可以連接到AD8276的反相或同相輸入。如果使用同相輸入，共模電壓將為

輸出電流將為

如果使用反相輸入，共模電壓將為

輸出電流將為

使用反相輸入時，需要一個緩沖放大器;因此，為簡單起見，建議使用同相輸入。

晶體管選擇

選擇升壓晶體管時，請確保VC高于電源電壓，IC高于所需的輸出電流。建議使用低成本設備，例如 2N3904、2N4401 和 2N3391。對于較低的電流，不需要晶體管。

實驗臺結果和分析

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。AD8276和AD8603采用+5 V供電。R1的公差為0.1%。晶體管是2N3904?；鶞孰妷涸磸?.05 V掃描至1.20 V，步進為0.01 V。輸入范圍受電源和AD8603輸入范圍的限制。

最大誤差為 0.87%，平均值為 0.10%。電流檢測誤差受外部電阻器的限制。更高精度的電阻器將產生更高精度的電流源。

圖6.使用差分放大器和反饋放大器的測試結果

結論

AD8276差動放大器具有低失調電壓、低失調電壓漂移、低增益誤差、低增益漂移和集成電阻，可用于實現精確、穩定的電流源。其寬電源范圍（2.5 V至36 V）使其能夠適應各種負載。其節省空間的 8 引腳 MSOP 封裝和低功耗使其成為電池供電和便攜式系統的理想選擇。利用差動放大器實現精密電流源可以減小PCB面積，簡化布局，降低系統成本并提高可靠性。

審核編輯：郭婷