如何利用差动放大器和运算放大器实现低成本精密电流源

刊登于 2009 年 9 月《模拟对话》杂志的“差动放大器构成精密电流源的核心”一文描述了如何利用单位增益差动放大器AD8276和微功耗运算放大器AD8603来实现精密电流源。图 1所示为该电路针对低成本、低电流应用的简化版本。

图1. 针对低成本、低电流应用的简易电流源

输出电流IO约等于差分输入电压VIN + – VIN–除以R1，推导过程如下。

实验设置

1. AD5750EVB（AD5750 驱动器和AD5662 16 位nanoDAC®）为AD8276 提供双极性输入。2. 万用表 OI-857 测量输入电压、输出电压和电阻。3. R1 和RLOAD的标称值分别为 280 Ω和 1 kΩ，实测值分别为280.65 Ω和 997.11 Ω。4. 实测电压除以RLOAD便得到输出电流。

图2. 理想和实际输出电流与差分输入电压的关系

实验结果

图 2 显示了输出电流与输入电压的关系。X 轴为差分输入电压，范围–3.2 V 至+3.2 V；Y 轴为输出电流。四条线分别显示了理想电流输出和–40°C、+25°C 及+85°C 时的实际输出。图 3 显示了输出电流误差与输入电压的关系。三条线分别显示了–40°C、+25°C 和+85°C 时的误差。

图 3. 输出电流误差与输入电压的关系

实际输出电流以图 4 所示的 AD8276 短路输出电流为限。–40°C时，短路电流约为 8 mA。

图 4. AD8276 短路输出电流与温度的关系

总结

去除外部升压晶体管和缓冲器并增加一个电阻，便可以利用AD8276 构建一个低成本、低电流的电流源，其在–40°C 至+85°C 温度范围内的总误差小于约 1.5%。采用±15 V 电源供电时，整个温度范围内的输出电流范围约为–11 mA 至+8 mA。采用+5 V 单电源供电时可以构建一个单极性电流源。