选择电阻以最大程度减少接地负载电流源误差

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运算放大器通常用于在工业流程控制、科学仪器和医疗设备等各种应用中产生高性能电流源。《模拟对话》1967年第1卷第1期上发表的" 单放大器电流源"介绍了几种电流源电路，它们可以提供通过浮动负载或接地负载的恒流。在压力变送器和气体探测器等工业应用中，这些电路广泛应用于提供4-mA至20-mA或0-mA至20-mA的电流。
         
        图1所示的改进型Howland电流源非常受欢迎，因为它可以驱动接地负载。允许相对较高电流的晶体管可以用MOSFET取代，以便达到更高的电流。对于低成本、低电流应用，可以去除晶体管，如《模拟对话》2009年第43卷第3期" 精密电流源的心脏：差动放大器"所述。
         
        这种电流源的精度取决于放大器和电阻。本文介绍如何选择外部电阻以最大程度减少误差。
         

       

        图1. 改进型Howland电流源驱动接地负载。

         

        通过对改进型Howland电流源进行分析，可以得出传递函数：

(1)

<div style="clear:both;">                 提示4：电阻容差影响电流精度
        实际电阻从来都不是理想的，每个电阻都具有指定的容差。图3显示了示例电路，其中R1 = R2 = R3 = R4 = 100 k&Omega;，R5 = 100 &Omega;，而且RL = 500 &Omega;。在输入电压设置为0.1 V的情况下，输出电流应该为1 mA。表1显示由于不同电阻容差而导致的输出电流误差。为达到0.5%的电流精度，请为R1/R2/R3/R4选择0.01%的容差，为R5选择0.1%的容差，为RL选择5%的容差。0.01%容差的电阻成本昂贵，因此更好的选择是使用集成差动放大器（例如 AD8276，它具有更好的电阻匹配，而且更加经济高效。
         

       

        图3.IOUT= 1 mA的示例电路。

         

        表1. 最差情况输出电流误差(%)与电阻容差(%)

电阻容差/电阻变化	5	1	0.5	0.1	0.05	0.01	0
R1/R2/R3/R4	110.11	10.98	5.07	1.18	0.69	0.30	0.20
R5	5.05	1.19	0.70	0.30	0.25	0.21	0.20
RL	0.21	0.20	0.20	0.20	0.20	0.20	0.20

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