电流输出电路威廉希尔官方网站 为您的模拟工具箱增添多功能性

尽管interwetten与威廉的赔率体系 电路课程中教授电流镜和电路（如Howland电流源），但令人惊讶的是，在定义精密模拟电路的输出时，许多工程师倾向于只考虑电压。这很遗憾，因为电流输出在许多情况下都具有优势，包括在高噪声环境中的模拟电流环路信号（0 mA至20 mA和4 mA至20 mA），以及在不使用光学或磁隔离威廉希尔官方网站 的情况下在大电位差上对模拟信号进行电平转换。本文总结了一些可用的威廉希尔官方网站 ，并提出了一些有用的电路。

获得稳定的电流输出非常容易。最简单的方法使用电流镜：如图1所示连接两个相同的晶体管（在同一芯片上制造，因此它们的工艺、几何形状和温度都相同）。两个器件的基极-发射极电压相同，因此流经T2集电极的输出电流与流经T1集电极的输入电流相同。

图1.基本电流镜。

该分析假设T1和T2相同且等温，并且它们的电流增益如此之大，以至于基极电流可以忽略不计。它还忽略了早期电压，这会导致集电极电流随集电极电压的变化而变化。

这些电流镜可以用NPN或PNP晶体管制成。通过并联连接的n个晶体管形成T2，输出电流将是输入电流的n倍，如图2a所示。如果T1由m个晶体管组成，T2由n个晶体管组成，则输出电流将是输入电流的n/m倍，如图2b所示。

图2.（a） 多级电流镜和 （b） 非整数比电流镜。

三个 T2 收集器可以连接起来得到 3I在.

如果早期电压的影响很重要，则可以通过使用稍微复杂的Wilson电流镜将其最小化。三晶体管和四晶体管版本如图3所示。四晶体管版本更精确，动态范围更宽。

图3.威尔逊电流镜。T4 是可选的，但提高了精度和动态范围。

当需要跨导放大器（voltage_in/current_out）时，可以使用单电源运算放大器、BJT或FET（MOSFET通常是最佳选择，因为没有基极电流误差）和定义跨导的精密电阻，如图4所示。

图4.跨导放大器。V在–我外.

该电路既简单又便宜。MOSFET 栅极上的电压设置了 MOSFET 和 R1 中的电流，使得 V1（R1 两端的电压）等于输入电压 V在.

如果单片IC内部需要电流镜，则简单的晶体管电流镜是理想的选择。然而，对于分立电路，匹配晶体管的高价格（由于需求有限，而不是任何制造困难）使得图5所示的运算放大器电流镜成为最便宜的威廉希尔官方网站 。该电流镜使用一个跨导放大器和一个附加电阻。

图5.运算放大器电流镜。

电流镜具有相对较高的，有时是非线性的输入阻抗，因此它们必须由来自高阻抗电流源（有时称为刚性电流源）的电流馈电。如果输入电流必须具有低阻抗灌电流，则需要运算放大器。图 6 显示了两个低 Z在当前镜像。

图6.（a） 反转低 Z在电流镜和 （b） 同相低 Z在当前镜像。

对于基本电流镜和电流源，输入和输出电流极性相同。通常，输出晶体管的发射极/源极直接或通过检测电阻接地，输出电流从集电极/漏极流向负载，负载的另一个端子连接到直流电源。这并不总是很方便，特别是当负载的一个端子必须接地时。如果电路的发射极/源极可能构建在直流电源上，则这不是问题，如图7所示。

图7.接地负载的电流镜。

如果电流或电压输入以地为基准，则必须使用电平转换。可以使用各种电路，但图8所示的系统适用于许多情况。这个简单的电路使用接地上的电流源来驱动直流电源上的电流镜，从而驱动负载。请注意，电流镜可能具有增益，因此信号电流不必与负载电流一样大。

图8.电平转换电流镜。

到目前为止，我们讨论的电路是单极性的，即电流沿一个方向流动，但也有可能形成双极性电流电路。最简单和最著名的是Howland电流泵，如图9所示。这种简单的电路存在许多问题：它需要非常精确的电阻匹配才能获得高输出阻抗;输入源阻抗会增加R1的电阻，因此必须非常低，以最小化匹配误差;电源电压必须大大高于最大输出电压;运算放大器的CMRR必须相当好。

图9.豪兰电流泵。双极性电流输出。

当今的高性能仪表放大器（仪表放大器）并不昂贵，因此使用运算放大器、仪表放大器和电流检测电阻制作双极性电流源非常简单，如图10所示。这种电路比Howland泵更简单，不依赖于电阻网络（与仪表放大器集成的电阻网络除外），并且每个电源的电压摆幅可能约为500 mV以内。

图 10.双极性电流运算放大器

到目前为止，我们考虑的电路是具有精密电流输出的放大器。当然，它们可以与固定输入一起使用作为精确的电流源，但可以构建更简单的2端子电流源。低电流基准电压源ADR291的待机电流约为10 μA，典型温度系数为20 nA/°C。加上一个负载电阻，如图11所示，3 V至15 V电源范围内的基准电流为（2.5/R + 0.01） mA，其中R是负载电阻，单位为kΩ。

图 11.2端子电流源。

如果精度不是问题，并且只需要一个刚性单极性电流源，则可以使用耗尽模式JFET和电阻构建电流源。如图12所示，这种布置在温度上不是特别稳定，对于给定的R值，电流可能因器件而异，但它简单且便宜。

图 12.JFET电流源。

我最近需要为一些 LED 供电。几个工程师朋友认为我很难使他们所需的可变电流电源变暗。事实上，我很快就修改了一些“黑砖”笔记本电脑电源（在汽车后备箱销售中以几美分的价格购买）来完成这项工作。图13显示了为LED提供恒定电流的简单修改。输出电流小时，该器件可在固定输出电压下正常工作。

图 13.黑砖开关电源经过修改，用于限流输出。

为了产生可变电流，将来自黑砖或本地的基准电压源施加到由P1和P2表示的电位计上。OPA2 和 MOSFET 通过 R1 发送小电流，导致其两端出现压降。负载电流流经检测电阻。如果负载电流引起的检测电阻中的压降超过R1两端的压降，则OPA1的输出将上升，覆盖砖中的电压控制，并限制其输出电压以防止输出电流超过限值。

本文对基本电流源概念的讨论不是详细的应用笔记。一些电路需要进一步的设计工作来限制（或耗散）热量，确保放大器的稳定性，不超过绝对最大额定值，并计算可行的性能限值。

审核编辑：郭婷