電流源設計小Tips（一）：如何選擇合適的運放

　　對于工程師來說，電流源是個不可或缺的儀器，也有很多人想做一個合用的電流源，而應用開源套件，就只是用一整套的PCB，元件，程序等成套產(chǎn)品，參與者只需要將套件的東西焊接好，調(diào)試一下就可以了，這里面的技術含量能有多高，而我們能從中學到的技術又能有多少呢？本文只是從講述原理出發(fā)，指導大家做個人人能掌控的電流源。本文主要就是設計到模擬部分的內(nèi)容，而基本不涉及單片機，希望朋友能夠從中學到點知識。

　　我這次的目標是搭建一個有基本功能的20V/100mA電流源，它即可固定輸出，又可用單片機步進控制。下圖是易于實現(xiàn)數(shù)控的直流電流源。假設運放有理想輸出能力，如果輸出電流100mA，采樣電阻Rsample的大小取值有何講究呢？

　　圖1

　　如果Rsample過大，將導致：

　　1. 采樣功率過高，對Rsample溫度穩(wěn)定要求高，因而成本呈指數(shù)提高。

　　解釋：如果Rsample=1 Ohm，Vsample=1V，Psample=100mW，對于精密應用而言，電阻耗散100mW通常是難以接受的采樣功率。

　　2. RL上的電壓動態(tài)范圍減小，減小RL電阻上限。

　　但對運放和Vin調(diào)理電路的要求相應降低。

　　如果Rsample過小，將導致運放的種種誤差顯現(xiàn)：

　　1. VOS的漂移與Vin可比，造成輸出電流誤差。

　　解釋：Rsample=0.1 Ohm，Vsample=10mV，如果使用LM324，VOSmax=3mV，潛在直流誤差30%；VOS/dTmax=30uV/C，10C溫度變化引起潛在誤差3%。

　　2. 電路增益過高，運放噪聲放大，RL上電壓基本不變，造成RL上的電壓噪聲增大，導致RL上電流噪聲增大。

　　3. 對運放要求提高，因而成本呈線性提高。

　　4. 對處理Vin的調(diào)理電路要求提高，因而提高成本。

　　但對Rsample的要求相應降低。

　　關于如何選擇采樣電阻：

　　電流源需要采樣電流進行反饋，雖然也有其他方法采樣，但最穩(wěn)定也是最準確的方法仍然是電阻采樣。

　　普及知識：用于采樣的電阻功率至少大于采樣功率20倍以上，才不致由于發(fā)熱造成明顯的漂移。

　　繼續(xù)上次，100mA_級的電流是很常用的電流值，但對于電阻采樣而言通常也是比較尷尬的電流值。

　　A_級的電流通常不要求太高準確度，使用分流器采樣為主，只要功率足夠即可。

　　mA/10mA_級的電流相對簡單，由于不產(chǎn)生顯著的采樣功率，因此通常的精密金屬膜電阻都可滿足要求。

　　100mA_級的電流不大不小，用分流器沒有這么大的阻值，用精密金屬膜電阻沒有這么大功率。

　　圖2

　　解決方法：

　　1. 降低采樣電壓，使用小阻值

　　2. 降低采樣功率，同功率下，阻值盡量大

　　看似矛盾，其實很簡單，并聯(lián)多個精密金屬膜電阻。

　　實例：

　　100mA，采樣電阻4只12 Ohm 0.1% 1/4W 25ppmmax金屬膜電阻并聯(lián)，等效電阻3 Ohm，采樣電壓300mV，采樣總功率30mW，每只電阻功率7.5mW。

　　采用這種方法需要在PCB上多下功夫，一定牢記銅也有電阻，而且銅本身可做溫度傳感器。

　　通常0.1%的精度不是必要的，但溫度漂移一定要小。然而實際電阻產(chǎn)品的精度和漂移基本是對應的，買電阻時除了功率外一定著重詢問。

　　此外，電阻出廠前經(jīng)過老化最好，無老化的電阻通常便宜一些，但通電后幾天內(nèi)性能多少會有些變化。

　　本次成本：

　　12 Ohm 0.1% 1/4W 25ppmmax金屬膜電阻 4只 單價0.50元，合計2.00元。