如何设计简单的压控双向电流源

出处:维库电子市场网时间:2024-11-15

  如果您想深入了解晶体管级别,我们有关于MOSFET 电流镜和BJT 电流镜的文章。如果您更喜欢使用运算放大器,Howland 电流泵可产生压控电流,并且只需要一个运算放大器和四个电阻器。

  豪兰电流泵。
  如果您不喜欢使用分立晶体管并且(由于某种原因)您手头没有任何运算放大器,您可能需要考虑将其中一个线性稳压器转换为电流源。
  吉姆·威廉姆斯当前来源
  这绝不是电路的正式名称,我当然不想暗示这是吉姆·威廉姆斯设计的电流源——如果得知他想出了六种创新的电流源,我不会感到惊讶,高性能电流源拓扑。尽管如此,他是应用笔记的作者,我不知道该电路还能被称为什么。

  如下图所示,该电流源需要两个放大器 IC 和一些无源器件。

  该图取自LT1102 的数据表。
  LT1006 是典型的精密运算放大器,LT1102 是高精度仪表放大器。该应用笔记是 1991 年发布的,所以这些都是一些旧的 IC。我在仿真中使用了 LT1006 和 LT1102(将在下一篇文章中讨论),只是为了确保仿真中的所有内容都与原始设计一致,实际上,Digi-Key 仍然将这两个部件归类为“有源器件” ”。尽管如此,我还是鼓励您尝试使用一些更新的(并且可能性能更高的)替代品来替代这些传统 IC。
  以下列表重点介绍了 Jim Williams 电流源拓扑的一些特征。
  它是电压控制的和双向的——负载电流的大小和方向由输入电压的大小和极性决定。
  它以地为参考;负载电阻的一侧直接接地。
  如上图中包含的等式所示,电流幅度还受到 R 的影响,即放置在仪表放大器输入端子之间的电阻器的值。
  如果您对 R 使用非常高精度的电阻器,使得该元件引入的误差可以忽略不计,则电路的初始精度和温度稳定性与仪表放大器的增益精度和温度系数相对应。
  该电路稳定性好,能适应输入电压的快速变化。
  了解电路  该电流源工作的关键是仪表放大器的使用。通过感测与负载串联的固定电阻两端的电压,我们可以产生不受负载电阻值影响的输出电流。

  下面是我尝试逐步解释该电路的工作原理。

  运算放大器 (A1) 以负反馈配置运行。反馈路径中仪表放大器 (A2) 的存在不会改变反馈环路已闭合的事实。
  负反馈的存在使我们能够使用虚拟空头假设。因此,A2 的输出必须等于输入电压。
  虚拟短路的情况并不是凭空出现的。相反,虚拟短路是由运算放大器输出端子的作用造成的。由于 A2 的增益为 100,A1 的输出将采取一切必要措施来确保 R 两端的电压等于输入电压除以 100。
  由于 R 是固定电阻,并且 R 两端的电压始终与输入电压成正比,因此从欧姆定律我们知道流经 R 的电流始终与输入电压成正比。
  由于负载与电阻器 R 串联,因此无论负载电阻如何,输出电流始终与输入电压成正比(当然,在限制范围内,例如,您将无法通过 1 MΩ 驱动 10 mA 电流)负载,除非您能找到接受高达 10,000 V 左右电源电压的放大器)。
  电容器和另一个电阻器决定电路的频率响应
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