《高精度，低成本电流源使用ad8276差分放大器和ad8603运算放大器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高精度，低成本电流源使用ad8276差分放大器和ad8603运算放大器（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、高精度，低成本电流源使用高精度，低成本电流源使用 AD8276 差分放大器和差分放大器和 AD8603 运算放大器运算放大器 电流源广泛用于工业、通信和其它设备中的传感器激励和设备间通信等领域。例如，过程控制设备 中广泛采用的 4 mA 至 20 mA 环路。利用 DAC、放大器（运算放大器或差动放大器）和匹配电阻，可以构建可编程电流源。低值电流源 可以集成到低输出电流源或放大器中。例如，仪表放大器 AD8290 内部集成一个电流源，高分辨率 - ADCAD7794 具有两个集成电流源。对于较大电流，一般需要外部 MOSFET 或晶体管。利用低功耗差动放大器 AD8276 和运算放大器 AD8
2、603 构建的电流源，不仅经济、灵活、小巧，而 且初始误差、温度漂移和功耗等性能也都非常出色。利用差动放大器利用差动放大器 AD8276 和运算放大器和运算放大器 AD8603 构建高精度、低成本电流源构建高精度、低成本电流源 (CN0099) 图图 1：利用差动放大器：利用差动放大器 AD8276 和运算放大器和运算放大器 AD8603 构建电流源（原理示意图）构建电流源（原理示意图）图图 1：利用差动放大器：利用差动放大器 AD8276 和运算放大器和运算放大器 AD8603 构建电流源（原构建电流源（原 理示意图）理示意图） 电路描述 电流源电路如图 1 所示。基准电压 VREF加在 A
3、D8276 的同相输入端，该电压控制输出电流量 IO。 AD8276 的反相输入端则直接接地。该器件内置四个 40 k 激光调整电阻，分别与输入引脚、REF 引脚和 SENSE 引脚相连。如果需要高电流输出，则 AD8276 的输出可用来驱动一个晶体管。如果电阻完全匹配，R1上的电压即输入电压 VREF，从而产生恒定的负载电流 IO，它等于 VREF/R1。由于运算放大器 AD8603 具有低偏置电流源广泛用于工业、通信和其它设备中的传感器激励和设备间通信等领域。例如，过程控制设备中广泛采用的 4 mA 至 20 mA 环路。利用 DAC、放大器（运算放大器或差动放大器）和匹配电阻，可以构建可
4、编程电流源。低值电流源可以集成到低输出电流源或放大器中。例如，仪表放大器 AD8290 内部集成一个电流源，高分辨率 - ADCAD7794 具有两个集成电流源。对于较大电流，一般需要外部 MOSFET 或晶体管。利用低功耗差动放大器 AD8276 和运算放大器 AD8603 构建的电流源，不仅经济、灵活、小巧，而且初始误差、温度漂移和功耗等性能也都非常出色。利用差动放大器利用差动放大器 AD8276 和运算放大器和运算放大器 AD8603 构建高精度、低成本电流源构建高精度、低成本电流源 (CN0099) 图图 1：利用差动放大器：利用差动放大器 AD8276 和运算放大器和运算放大器 AD
5、8603 构建电流源（原理示意图）构建电流源（原理示意图）图图 1：利用差动放大器：利用差动放大器 AD8276 和运算放大器和运算放大器 AD8603 构建电流源（原理示意图）构建电流源（原理示意图） 电路描述 电流源电路如图 1 所示。基准电压 VREF加在 AD8276 的同相输入端，该电压控制输出电流量 IO。 AD8276 的反相输入端则直接接地。该器件内置四个 40 k 激光调整电阻，分别与输入引脚、REF 引脚和 SENSE 引脚相连。如果需要高电流输出，则 AD8276 的输出可用来驱动一个晶体管。如果电阻完全匹配，R1上的电压即输入电压 VREF，从而产生恒定的负载电流 IO
6、，它等于 VREF/R1。由于运算放大器 AD8603 具有低偏置电流（最大值为 1 pA）和低失调电压（小于 50 V）特性，所以在电路的反馈环路中选用该器件。低偏置电流特性使它能与高阻抗负载接口，而不会引入明显的失调误差。低温度漂移特性（最大值为 4.5 V/C）使它能在较宽的温度范围内工作，而且该放大器还具有低噪声以及轨到轨输入和输出特性。输出电流值 IO可通过下式计算：AD8276 具有非常严格的电阻匹配，RF1/RG1 = RF2/RG2 = 1，因此公式 1 可简化为： 公式 1 显示，图 1 所示电路的主要误差源于内部电阻匹配、R1的公差和负载电阻的公差。AD8276（B 级）的
7、最大增益误差为 0.02%，AD8276（A 级）的最大增益误差为 0.05%，该电路的整体精度可以达到 0.02%。同时，R1的精度也非常重要，其公差应达到 0.1%或更佳，此误差可通过校准来消除。电路的输出电流量 IO受以下因素限制：运算放大器输入范围、差动放大器输出范围以及差动放大器 SENSE 引脚电压范围。根据图 1，必须满足以下三个条件： 1.VLOAD = IO RLOAD 必须在运算放大器 AD8603 的输入范围内。2.VOUT = IO (RLOAD + R1) 必须在 AD8276 SENSE 引脚电压范围内：2(?Vs) ? 0.2 V 至 2(+Vs) ? 3 V.3
8、.IO (RLOAD + R1) + 2(?Vs) ? 0.2 V 至 2(+Vs) ? 3 V 必须在 AD8276 输出电压范围内：Vs + 0.2 V 至 +Vs ? 0.2 V.AD8276 具有轨到轨输出特性，可采用 2.5 V 至 36 V 电源供电，因而输出电流范围较宽。 AD8276B 的最大失调电压漂移为 2 V/C，最大增益漂移为 1 ppm/C，温度漂移较低，工作温度范围较宽。AD8276A 的最大失调电压漂移和最大增益漂移分别为 5 V/C 和 5 ppm/C。AD8276（8 引脚 MSOP）和 AD8603（5 引脚 TSOT-23）均采用小尺寸封装，因此该电路所需
9、的电路板面积极小。外部电流源晶体管 T1 的击穿电压 VCB应高于 AD8276 电源电压。该晶体管的最大集电极电流应高于预期的输出电流并具有适当的裕量，而且必须遵循晶体管功耗限制。推荐使用 2N3904、2N4401、2N3391 和 MPSA06 等低成本晶体管。AD8276 可以驱动 15 mA 以下的输出电流，而不需要外部晶体管或 MOSFET。图 2 所示为室温下采用 AD8276A、AD8603 和 2N3904 的测试结果。R1为 50 ，公差 0.1%。显然，实际输出与计算结果相符。在所示数值范围内，测量结果与理想结果相差无几，不超过 0.5%，平均误差低于 R1公差限制的 0
10、.1%。 利用差动放大器利用差动放大器 AD8276 和运算放大器和运算放大器 AD8603 构建高精度、低成本电流源构建高精度、低成本电流源 (CN0099) 图图 2：利用：利用 AD8276A、AD8603 和和 2N3904 构建的电流源测试结果（构建的电流源测试结果（R1 = 50 ，RLOAD = 100 ，Vs = +5 V，TA = 25C）图图 2：利用：利用 AD8276A、AD8603 和和 2N3904 构建的电流源测试结果（构建的电流源测试结果（R1 = 50 ，RLOAD = 100 ，Vs = +5 V，TA = 25C） 与其它高精度电路一样，必须采用适当的布局
11、、接地和去耦技术。欲了解更多信息，请参考 教程 MT-031“实现数据转换器的接地并解开 AGND 和 DGND 的谜团”，以及教程 MT-101“去耦技术”。常见变化 如果需要更高的电源，以获得更高的输出电流值，可以使用 OP1177、AD8661 和 AD8663。重要特性包括电源电压范围、偏置电流、失调电压、输入电压范围和温度漂移。如果需要固定电流源，则 VREF 可以由基准电压源提供，例如 ADR36x 系列。ADR82x 系列集成基准电压源和运算放大器，可采用最高 36 V 的电源供电，从而可进一步节省空间。如果需要双通道电流源，AD8607 和 AD8277 都是不错的选择。如果需
12、要可编程电流源，请使用精密 14 位或 16 位 DAC 来产生基准电压 VREF。AD5560、AD5060 （单通道）和 AD5663R （双通道）均适合这种应用。电流（最大值为 1 pA）和低失调电压（小于 50 V）特性，所以在电路的反馈环路中选用该器件 。低偏置电流特性使它能与高阻抗负载接口，而不会引入明显的失调误差。低温度漂移特性（最大 值为 4.5 V/C）使它能在较宽的温度范围内工作，而且该放大器还具有低噪声以及轨到轨输入和 输出特性。输出电流值 IO可通过下式计算：AD8276 具有非常严格的电阻匹配，RF1/RG1 = RF2/RG2 = 1，因此公式 1 可简化为： 公式
13、 1 显示，图 1 所示电路的主要误差源于内部电阻匹配、R1的公差和负载电阻的公差。AD8276 （B 级）的最大增益误差为 0.02%，AD8276（A 级）的最大增益误差为 0.05%，该电路的整体精 度可以达到 0.02%。同时，R1的精度也非常重要，其公差应达到 0.1%或更佳，此误差可通过校准来消除。电路的输出电流量 IO受以下因素限制：运算放大器输入范围、差动放大器输出范围以及差动放大器 SENSE 引脚电压范围。根据图 1，必须满足以下三个条件： 1. VLOAD = IO RLOAD 必须在运算放大器 AD8603 的输入范围内。2. VOUT = IO (RLOAD + R1
14、) 必须在 AD8276 SENSE 引脚电压范围内：2(?Vs) ? 0.2 V 至 2(+Vs) ? 3 V.3. IO (RLOAD + R1) + 2(?Vs) ? 0.2 V 至 2(+Vs) ? 3 V 必须在 AD8276 输出电压范围内： Vs + 0.2 V 至 +Vs ? 0.2 V.AD8276 具有轨到轨输出特性，可采用 2.5 V 至 36 V 电源供电，因而输出电流范围较宽。 AD8276B 的最大失调电压漂移为 2 V/C，最大增益漂移为 1 ppm/C，温度漂移较低，工作温度 范围较宽。AD8276A 的最大失调电压漂移和最大增益漂移分别为 5 V/C 和 5
15、ppm/C。AD8276（8 引脚 MSOP）和 AD8603（5 引脚 TSOT-23）均采用小尺寸封装，因此该电路所需的 电路板面积极小。外部电流源晶体管 T1 的击穿电压 VCB应高于 AD8276 电源电压。该晶体管的最大集电极电流应高 于预期的输出电流并具有适当的裕量，而且必须遵循晶体管功耗限制。推荐使用 2N3904、2N4401 、2N3391 和 MPSA06 等低成本晶体管。AD8276 可以驱动 15 mA 以下的输出电流，而不需要外部晶体管或 MOSFET。图 2 所示为室温下采用 AD8276A、AD8603 和 2N3904 的测试结果。R1为 50 ，公差 0.1%
16、。显 然，实际输出与计算结果相符。在所示数值范围内，测量结果与理想结果相差无几，不超过 0.5%， 平均误差低于 R1公差限制的 0.1%。 利用差动放大器利用差动放大器 AD8276 和运算放大器和运算放大器 AD8603 构建高精度、低成本电流源构建高精度、低成本电流源 (CN0099) 图图 2：利用：利用 AD8276A、AD8603 和和 2N3904 构建的电流源测试结果（构建的电流源测试结果（R1 = 50 ，RLOAD = 100 ，Vs = +5 V，TA = 25C）图图 2：利用：利用 AD8276A、AD8603 和和 2N3904 构建的电流源测试结果构建的电流源测试结果 （R1 = 50 ，RLOAD = 100 ，Vs = +5 V，TA = 25C） 与其它高精度电路一样，必须采用适当的布局、接地和去耦技术。欲了解更多信息，请参考 教程 MT-031“实现数据转换器的接地并解开 AGND
