深入剖析LM134/LM234/LM334 3 - 终端可调电流源

在电子设计领域，可调电流源是一种非常重要的基础元件，广泛应用于各种电路中。今天我们就来详细探讨一下德州仪器（TI）的LM134/LM234/LM334 3 - 终端可调电流源。

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产品概述

LM134/LM234/LM334是3 - 终端可调电流源，具有10,000:1的工作电流范围、出色的电流调节能力以及1V至40V的宽动态电压范围。仅需一个外部电阻即可设置电流，初始电流精度为±3%。它们是真正的浮动电流源，无需单独的电源连接。此外，在高达20V的反向施加电压下，仅会吸收几十微安的电流，这使得它们在交流应用中既可以作为整流器，又可以作为电流源。

产品特性

• 宽电压范围：可在1V至40V的电压下工作。
• 高精度调节：电流调节精度可达0.02%/V，可编程范围从1μA到10mA。
• 温度特性：在25°C时，用于建立工作电流的感应电压为64mV，且与绝对温度（°K）成正比。通过简单的单外部电阻连接，可产生约+0.33%/°C的温度依赖性；添加一个额外的电阻和一个二极管可实现零漂移操作。
• 温度传感器功能：LM234 - 3和LM234 - 6被指定为真正的温度传感器，初始精度分别为±3°C和±6°C。由于长线路中的串联电阻不影响精度，非常适合远程感应应用，且仅需2根电线。
• 多种封装形式：提供TO密封、TO - 92和SOIC - 8塑料封装。

应用领域

这些电流源的应用包括偏置网络、浪涌保护、低功率参考、斜坡生成、LED驱动和温度感测等。

重要参数

绝对最大额定值

参数	LM134/LM234/LM334	LM234 - 3/LM234 - 6
V + 至V - 正向电压	40V	30V
V + 至V - 反向电压	20V	-
R引脚至V - 电压	5V	-
设置电流	10 mA	-
功耗	400 mW	-
ESD敏感度（人体模型）	2000V	-

工作温度范围

• LM134：−55°C至+125°C
• LM234/LM234 - 3/LM234 - 6：−25°C至+100°C
• LM334：0°C至+70°C

热特性

封装形式	θja（结到环境）	θjc（结到外壳）
TO - 92	180°C/W（0.4″引脚） 160°C/W（0.125″引脚）	N/A
TO	440°C/W	32°C/W
SOIC - 8	165°C/W	80°C/W

电气特性

设置电流误差

在不同的设置电流范围内，设置电流误差有所不同。例如，在2uA ≤ ISET ≤ 1mA时，LM134/LM234的典型误差为3%，最大误差为6%；在1mA < ISET ≤ 5mA时，典型误差为5%，最大误差为8%。

最小工作电压

随着设置电流的增加，最小工作电压也会相应增加。如在2uA ≤ ISET ≤ 100uA时，最小工作电压为0.8V；在100pA < ISET ≤ 1mA时，为0.9V；在1mA < ISET ≤ 5mA时，为1.0V。

平均设置电流随输入电压的变化

在不同的电压范围和设置电流下，平均设置电流随输入电压的变化率不同。例如，在2uA ≤ ISET ≤ 1mA，1.5V ≤ V + ≤ 5V时，变化率为0.02%/V至0.05%/V；在5V ≤ V + ≤ 40V时，变化率为0.01%/V至0.03%/V。

设置电流的温度依赖性

设置电流与绝对温度（°K）成正比，在25uA ≤ ISET ≤ 1mA时，温度依赖性为0.96T至1.04T。

典型性能特性

文档中提供了多个典型性能特性的图表，包括不同参数随时间、电压等的变化曲线。这些图表有助于工程师更好地了解器件在不同工作条件下的性能，从而进行合理的设计。例如，通过观察开启电压与设置电流的关系曲线，可以确定在特定设置电流下的最小开启电压。

设计应用提示

计算$R_{SET}$

总电流$I{SET}$是通过设置电阻$R{SET}$的电流$I{R}$和LM134的偏置电流$I{BIAS}$之和。根据电气特性中规定的$I{SET}$与$I{BIAS}$的比值$n$，可以简化计算。对于大多数设置电流，公式可简化为$I{SET}=frac{227 mu V /% K}{R{SET}}$。

压摆率

当压摆率超过给定阈值时，LM134可能会出现非线性电流偏移。压摆率阈值与$I{SET}$成正比，如$I{SET}=10 mu A$时，最大dV/dt为0.01V/μs；$I_{SET}=1mA$时，极限为1V/μs。超过极限的压摆率不会损坏LM134，也不会导致大电流流动。

热效应

当$I{SET}$大于100μA时，内部发热会对电流调节产生显著影响。例如，在$I{SET}=1mA$时，LM134两端每增加1V电压，结温将升高约0.4°C，从而导致电流变化约0.132%。在直流调节要求严格且$I_{SET}$超过100μA时，必须考虑热效应。通过对TO封装或TO - 92引脚进行散热处理，可以将这种影响降低3倍以上。

并联电容

在某些应用中，LM134的15pF并联电容可能需要减小，可通过使用FET对其进行缓冲来实现。这样可以将电容减小到小于3pF，并将调节性能提高至少一个数量级，且不会影响除最小输入电压之外的直流特性。

噪声

LM134产生的电流噪声约为晶体管散粒噪声的4倍。如果将其用作晶体管放大器的有源负载，输入参考噪声将增加约12dB。在许多情况下，这是可以接受的，并且可以构建电压增益超过2000的单级放大器。

引线电阻

由于决定LM134工作电流的感应电压小于100mV，因此应尽量减小热电偶或引线电阻的影响。应将电流设置电阻物理上靠近器件，并尽量避免使用插座。在1mA电流水平下，仅0.7Ω的接触电阻就会使输出电流降低1%。

温度传感

LM134是理想的远程温度传感器，其电流模式操作在长线路传输中不会损失精度。输出电流与绝对温度（°K）成正比，公式为$I{SET}=frac{(227 mu V / K)(1)}{R{SET}}$。由于大部分初始误差是由增益项（斜率误差）而非偏移引起的，因此LM134的校准大大简化。只需进行增益调整即可同时调整斜率和零点，且增益调整是单点校准，因为LM134的输出在0°K时外推为零，与$R_{SET}$或任何初始误差无关。

零温度系数电流源应用

通过在标准LM134配置中添加一个二极管和一个电阻，可以抵消LM134的温度相关特性。具体来说，电路通过平衡LM134的正温度系数（约+0.23mV/°C）和正向偏置硅二极管的负温度系数（约−2.5mV/°C）来实现零温度系数。

计算步骤

1. 首先，根据以下方程最小化电路的温度系数：
   • $frac{di{SET}}{dT}=frac{dl{1}}{dT}+frac{dl{2}}{dT} approx frac{227 mu V /^{circ} C}{R{1}}+frac{227 mu V /^{circ} C - 2.5 mV /^{circ} C}{R_{2}} = 0$
   • 解得$frac{R{2}}{R{1}} approx frac{2.5 mV /^{circ} C - 227 mu V /^{circ} C}{227 mu V /^{circ} C} approx 10.0$
2. 确定$R{1}$与$R{2}$的比值后，根据所需的设置电流确定$R{1}$和$R{2}$的值。在$T = 25^{circ} C$时，设置电流$I{SET}=I{1}+I{2}+I{BIAS}$，其中$I{1}=frac{V{R}}{R{1}}$，$I{2}=frac{V{R}+V{D}}{R_{2}}$。

   示例

   以创建一个1mA的零温度系数电流源为例：

3. 求解$R{1}$和$R{2}$：
   • 由$I{SET} approx 1 mA=frac{0.134 V}{R{1}}$，可得$R{1}=134 Omega$，$R{2}=1340 Omega = 10R_{1}$。
   • 可将$R{1}$和$R{2}$的值更改为标准的1%电阻值（$R{1}=133 Omega$，$R{2}=1.33 k Omega$），误差小于0.75%。
4. 考虑二极管正向电压降的误差：
   • 如果二极管的正向电压降为0.65V而不是估计的0.6V（误差为8%），实际设置电流为$I_{SET}=frac{67.7 mV}{133}+frac{67.7 mV + 0.65 V}{1330}=1.049 mA$，误差小于5%。
5. 考虑二极管温度系数的误差：
   • 如果二极管的温度系数估计为2.6mV/°C而不是2.5mV/°C（误差为4%），电路的温度系数为$frac{d l{SET}}{d T}=frac{d l{1}}{d T}+frac{d l_{2}}{d T}=frac{227 mu V /^{circ} C}{133 Omega}+frac{227 mu V /^{circ} C - 2.6 mV /^{circ} C}{1330 Omega}=-77 nA /^{circ} C$。而一个没有温度补偿的1mA LM134电流源的温度系数为$frac{227 mu V / C}{68 Omega}=3.3 mu A /^{circ} C$。这表明即使二极管的温度系数与估计值有一定偏差，电路仍然能够消除LM134固有温度系数的98%。

典型应用电路

文档中还提供了多个典型应用电路，如接地参考华氏温度计、远程传感器电压输出终端、低输出阻抗温度计、更高输出电流电路、基本2 - 终端电流源、微功率偏置电路、低输入电压参考驱动器、斜坡发生器、1.2V参考电路、1.2V稳压器、齐纳偏置电路、替代微调技术电路、光电导电池缓冲电路、FET级联电路、负输出阻抗生成电路和在线电流限制器等。这些电路展示了LM134/LM234/LM334在不同应用场景中的具体实现方式，为工程师提供了设计参考。

总之，LM134/LM234/LM334是一款功能强大、应用广泛的可调电流源。通过深入了解其特性、电气参数和应用提示，工程师可以更好地利用这些器件进行电路设计，满足不同的应用需求。在实际设计过程中，大家还需要根据具体的应用场景和要求，仔细考虑各种因素，以确保设计的电路性能稳定、可靠。你在使用这些器件的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。