如何最大程度减少误差呢?选择外部电阻是关键

改进型Howland电流源非常受欢迎,因为它可以驱动接地负载。允许相对较高电流的晶体管可以用MOSFET取代,以便达到更高的电流。这种电流源的精度取决于放大器和电阻,电阻容差又会影响电路的精度……

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那么,如何选择外部电阻以最大程度减少误差?请继续往下看

“图1:改进型Howland电流源驱动接地负载"
图1:改进型Howland电流源驱动接地负载

通过对改进型Howland电流源进行分析,可以得出传递函数:

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提示1:设置R2+R=R4

在公式1中,负载电阻影响输出电流,但如果我们设置R1=R3和R2+R5=R4,则方程简化为:

此处的输出电流只是R3,R4和R5的函数。如果有理想放大器,电阻容差将决定输出电流的精度。

提示2:设置RL=n × R5

为减少器件库中的总电阻数,请设置R1=R2=R3=R4。现在,公式1简化为:

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如果R5=RL,则公式进一步简化为:

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此处的输出电流仅取决于电阻R5

某些情况下,输入信号可能需要衰减。例如,在处理10V输入信号且R5=100Ω的情况下,输出电流为100mA。要获得20mA的输出电流,请设置R1=R3=5R2=5R4。现在,公式1简化为:

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如果RL=5R5=500Ω,则:

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提示3:R1/R2/R3/R4的值较大

当R1/R2/R3/R4的值较大时,可改进电流精度。大多数情况下,R1=R2=R3=R4,但RL≠R5,因此输出电流如公式3所示。例如,在R5=100Ω且RL=500Ω的情况下,图2显示电阻R1与电流精度之间的关系。要达到0.5%的电流精度,R1必须至少为40kΩ。

“图2:R1与输出电流精度之间的关系"
图2:R1与输出电流精度之间的关系

提示4:电阻容差影响电流精度

实际电阻从来都不是理想的,每个电阻都具有指定的容差。图3显示了示例电路,其中R1= R2=R3=R4=100kΩ,R52=100Ω,而且RL=500Ω。在输入电压设置为0.1V的情况下,输出电流应该为1mA。

“图3:IOUT=1mA的示例电路"
图3:IOUT=1mA的示例电路

表1显示由于不同电阻容差而导致的输出电流误差。

“表1:*最差情况输出电流误差(%)与电阻容差(%)"
表1:*最差情况输出电流误差(%)与电阻容差(%)

为达到0.5%的电流精度,请为R1/R2/R3/R4选择0.01%的容差,为R5选择0.1%的容差,为RL选择5%的容差。0.01%容差的电阻成本昂贵,因此更好的选择是使用集成差动放大器(例如 AD8276,它具有更好的电阻匹配,而且更加经济高效)。

在设计改进型Howland电流源时,需要选择外部电阻,使得输出电流不受负载电阻的影响。但是呢,电阻容差又会影响精度,所以必须在精度和成本之间权衡考虑。
此外,放大器的失调电压和失调电流也会影响精度,务必查阅数据手册,确定放大器是否满足电路要求。

本文转载自:亚德诺半导体
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