如何设计带有运算放大器的精密电流泵
出处:维库电子市场网 发布于:2024-12-05 16:46:58 | 428 次阅读
设计电流源的方法有很多种。在研究双运放拓扑之前,我们先简要回顾一下其他一些选项。 一种有趣的方法是使用电压调节器作为电流调节器:
我在 Analog Devices 的旧应用笔记中发现了这个电路,它被描述为“精密电流泵”。它产生与输入电压成正比的双向输出电流。 这是原始电路图:
我喜欢这条赛道的一些特点。首先,只需要两种类型的组件:运算放大器和电阻器。
其次,运算放大器具有相同的部件号。确实,该电路使用两个运算放大器,而 Howland 泵仅使用一个,但两个运算放大器可以是完全相同的部件这一事实是有利的,因为您可以使用双运算放大器 IC 封装,从而最大限度地减少任何影响。第二个运算放大器需要额外的成本或电路板空间。 第三,五个电阻中的四个(R2、R3、R4、R5)可以具有相同的值,然后电压-电流增益由一个电阻(R1)控制。 R2–R5 的值并不重要,因此您可以使电路适应实验室已有的组件或现有的 BOM。但请记住,更高精度的电阻器将产生更高精度的电流源。
双运放电流源的基本操作
我们将使用 LTspice 实现来帮助我们分析双运算放大器电流源。
在这里,我使用 LTspice“理想单极运算放大器”。我最初用 OP-77 进行了尝试,但模拟运行不正常。 OP-77 宏模型可能存在问题,因为我有另一个版本的电路,它使用 LT1001A 运算放大器并且可以正确模拟。
恒流源电路通常依赖于某种类型的反馈,使电压源产生指定的电流,而不管负载电阻如何。 (您可以在我为颜色传感器项目设计的电压控制 LED 驱动器中看到一个简单的示例。)
在双运放电流泵中,U1 放大差分控制电压,U2 配置为电压跟随器,用于感测负载两端的电压并将其反馈至输入级。 上图所示的电压源配置可产生 +250 mV 至 –250 mV 范围内的差分输入电压。根据应用笔记中提供的公式,输出电流应在 2.5 mA 至 –2.5 mA 之间变化,因为 A V = 1 且 R1 = 100 Ω,这正是我们所观察到的:
V_{OUT,U1}\approx \left(R_{LOAD}+R1\right)I_{OUT}
该电压很容易超过运算放大器输出级实际产生的电压,特别是如果您使用 ±3 V 或 ±5 V 电源轨,而不是 ±12 V 或 ±15 V 模拟电源电压,我相信后者更有效。过去常见。
由于这一限制,我认为双运放电流泵对于低负载电阻和/或小输出电流的应用来说是一个不错的选择。
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