如何設計一個簡單的電壓控制雙向電流源
出處:維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于:2025-03-13 17:16:39 | 446 次閱讀
喜歡使用運算放大器,Howland 電流泵可產(chǎn)生電壓控制電流,并且只需要一個運算放大器和四個電阻器。
如果您不喜歡使用分立晶體管,并且(由于某種原因)您手頭沒有任何運算放大器,您可能需要考慮將其中一個線性穩(wěn)壓器轉換為電流源。
Jim Williams 電流源
這絕不是電路的正式名稱,我當然不想暗示它是 Jim Williams 設計過的唯一電流源——如果得知他提出了六種創(chuàng)新的高性能電流源拓撲,我不會感到驚訝。盡管如此,他是應用說明的作者,我不知道該怎么稱呼電路。 如下圖所示,該電流源需要兩個放大器 IC 和一些無源器件。
LT1006 是一款典型的精準運放,而 LT1102 則是一款高精度儀表放大器。該應用筆記于 1991 年發(fā)布,因此這些是一些舊 IC。我在仿真中使用了 LT1006 和 LT1102(將在下一篇文章中討論),只是為了確保仿真中的所有內容都與原始設計一致,實際上,Digi-Key 仍然將這兩個器件歸類為“有源器件”。盡管如此,我鼓勵您嘗試為這些傳統(tǒng) IC 嘗試一些更新的 (可能更高性能) 的替代品。
以下列表重點介紹了 Jim Williams 電流源拓撲的一些特征。
它是電壓控制和雙向的—負載電流的大小和方向由輸入電壓的大小和極性決定。
它是地面參考的;負載電阻的一側直接接地。
如上圖所示,電流幅度也受 R 的影響,即放置在儀表放大器輸入端子之間的電阻值。
如果對 R 使用非常高精度的電阻器,使得該元件引入的誤差可以忽略不計,則電路的初始精度和溫度穩(wěn)定性對應于儀表放大器的增益精度和溫度系數(shù)。
該電路具有良好的穩(wěn)定性,并兼容輸入電壓的快速變化。
了解電路
該電流源運行的關鍵是使用儀表放大器。通過感應與負載串聯(lián)的固定電阻兩端的電壓,我們可以產(chǎn)生不受負載電阻值影響的輸出電流。 以下是我嘗試逐步解釋該電路工作原理的嘗試。
負反饋的存在允許我們使用虛擬空頭假設。因此,A2 的輸出必須等于輸入電壓。
虛擬的空頭條件不是憑空出現(xiàn)的;相反,虛擬短路是由 Op-Amp 的 output 端子的作用施加的。由于 A2 的增益為 100,因此 A1 的輸出將采取任何必要的措施來確保 R 兩端的電壓等于輸入電壓除以 100。
由于 R 是固定電阻,并且 R 兩端的電壓始終與輸入電壓成正比,因此我們從歐姆定律中知道,通過 R 的電流將始終與輸入電壓成正比。
由于負載與電阻 R 串聯(lián),因此無論負載電阻如何,輸出電流始終與輸入電壓成正比(當然,在限制范圍內,例如,除非找到接受高達 10,000 V 左右電源電壓的放大器,否則無法通過 1 MΩ 負載驅動 10 mA)。
電容器和另一個電阻器決定了電路的頻率響應,我假設已經(jīng)選擇了這些值,以便產(chǎn)生理想的相位裕量。
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