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运算放大器通常用在传感器信号变送中的的恒流源，无论何种电流源它们都可以提供通过浮动负载或接地负载的恒流。在自动化仪表中，为避免传输线阻抗对电压信号的影响。其现场待输信号均以恒流源提供的直流电流作为统一的标准信号，便于各种信号的转换与运算。如：在压力变送器和气体探测器等工业应用中，这些电路广泛应用于提供4-mA至20-mA或0-mA至20-mA的电流。
图1所示的改进型Howland电流源非常受欢迎，因为它可以驱动接地负载。在应用较高电流时刻用mos管替代三极管，以便达到更高的电流。对于低成本、低电流应用，可以去除晶体管。（但运放最好差动放大器）这种电流源的精度取决于放大器和电阻。 图1 对电路进行分析后得出输出电流为：
电路中的电阻很多，在选取时很不容易，而且负载电阻也影响输出电流的变化，所以可以选用同一规格的电阻，这样也可以避免温度对输出的影响，而且让电阻的阻值种类尽量少。
所以，取R1 = R3和R2 + R5 = R4则可以简化为：
这样可以避免负载电阻的变化而影响输出电流的变化，而且计算简单，所以此时影响电路输出为电阻的容差。 在已知负载电阻的情况下，为减少电阻数取R1 = R2 = R3 = R4 则输出为如果取RL = R5则
测输出电流只与R5有关。
大多数情况下，R1 = R2 = R3 = R4，但RL ≠ R5，所以输出为，例如：RL =500Ω R5，=100Ω 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40 kΩ.
图2 R1与输出电流精度之间的关系
由图可知，增大R1/R2/R3/R4的值，可以改进电流精度。
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 = 100 kΩ，R5 = 100 Ω，而且RL = 500 Ω。在输入电压设置为0.1 V的情况下，输出电流应该为1 mA。表1显示由于不同电阻容差而导致的输出电流误差。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。）
图3.IOUT= 1 mA的示例电路
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。电阻容差会影响精度，必须在精度和成本之间权衡考虑。放大器的失调电压和失调电流也会影响精度。请查阅数据手册，确定放大器是否满足电路要求。可以使用 Multisim进行仿真，了确这些规格对精度产生的影响。集成差动放大器具有较低的失调电压、失调电压漂移、增益误差和增益漂移，可以经济高效地实现精确稳定的电流源。
表1. 最差情况输出电流误差(%)与电阻容差(%)
问题来了，欢迎大家一起讨论。
问题: 1、 哪些器件影响恒流源的精度？ 2、 要有较好的性能运算放大器要用什么运放？ 3、 为什么工业中广泛应用恒流源？ 4、 要想提高恒流源的精度应该增大还是减小某些电阻？ 5、 为什么改进型Howland电流源非常受欢迎？
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发表于 2015-10-14 15:16:05
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