雖然諸如Howlanddianliuyuandengdianliujinghedianluzaijiaoxueshishuyumonidianlubufen，yijiuyouxiangdangyibufendegongchengshizaidingyijingmimonidianlushuchushiqingxiangyucongdianyadejiaodulaikaolvwenti。這很可惜，因為電流輸出可在多方麵提供優勢，包括高噪聲環境下的模擬電流環路信號（0 mA至 20 mA和 4 mA至 20 mA），以(yi)及(ji)在(zai)不(bu)借(jie)助(zhu)光(guang)學(xue)或(huo)磁(ci)性(xing)隔(ge)離(li)技(ji)術(shu)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)針(zhen)對(dui)較(jiao)大(da)電(dian)位(wei)差(cha)進(jin)行(xing)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)電(dian)平(ping)轉(zhuan)換(huan)。本(ben)文(wen)總(zong)結(jie)了(le)一(yi)部(bu)分(fen)現(xian)有(you)技(ji)術(shu)
，並(bing)提(ti)供(gong)多(duo)款(kuan)實(shi)用(yong)電(dian)路(lu)。

 

得到穩定的電流輸出是極其簡單的事情，最簡單的方法就是使用電流鏡：兩個完全相同的晶體管——采用同一塊芯片製造
，從而工藝

、尺寸和溫度都完全一致——如圖 1 所示相連。兩個器件的基極-射極電壓相同，因此流入集電極T2 的輸出電流等於流入集電極T1 的輸入電流。

 

圖 1. 基本電流鏡
 

此分析假設T1 和T2 相同且等溫
，並且它們的電流增益極高
，以至於可忽略基極電流。它還會忽略早期電壓，使集電極電流隨集電極電壓變化而改變。

 

可采用NPN或PNP晶體管組成這些電流鏡。將n個晶體管並聯組成T2，則輸出電流為輸入電流的n倍，如圖 2a所示。若T1由m個晶體管組成，T2 由n個晶體管組成
，則輸出電流將是輸入電流的n/m倍，如圖 2b所示。

 

圖2. (a) 多級電流鏡 (b) 非整數比例電流鏡可將 3 個 T2 集電極結合起來
，得到 3IIN
 

若早期電壓影響很大

，則可使用略為複雜的威爾遜電流鏡降至最低。3 晶體管和 4 晶體管版本如圖 3 所示。4 晶體管版本更為精確，且具有更寬的動態範圍。

 

圖 3. 威爾遜電流鏡 T4 為可選器件，但使用它可改善精度和動態範圍
 

需要跨導放大器(voltage_in/current_out)時
，可使用一個單電源運算放大器、一個BJT或FET（MOSFET通常是最佳選擇，因為它不存在基極電流誤差）以及一個定義跨導值的精密電阻來組成，如圖 4 所示。

 

圖 4. 跨導放大器 VIN – IOUT
 

該電路簡單
、價格不高。MOSFET柵極上的電壓可設置MOSFET中的電流和R1，使R1 上的電壓V1 等於輸入電壓VIN。

 

若單芯片IC中需要用到電流鏡，則最好使用簡單的晶體管電流鏡。然而，若采用分立式電路，其匹配電阻高昂的價格（價格高是因為需求量有限，而非製造困難）將使圖 5 中的運算放大器電流鏡成為最便宜的技術。該電流鏡由跨導放大器和一個額外的電阻組成。

 

圖 5. 運算放大器電流鏡
 

電流鏡具有相對較高
、有時非線性的輸入阻抗，因此它們必須由高阻抗電流源（有時亦稱為剛性電流源）提供電流。若輸入電流必須具有低阻抗吸電流能力，則需使用運算放大器。圖 6所示為兩個低ZIN電流鏡。

 

圖 6. (a) 低 ZIN電流鏡反相 (b) 低 ZIN電流鏡同相
 

采用基本電流鏡和電流源，則輸入和輸出電流極性相同。通常，輸出晶體管的射極/源極直接或通過檢測電阻接地
，且輸出電流從集電極/漏極流入負載
，其他端子連接直流電源。這樣做並非總是很方便
，尤其當負載的一個端子需接地時。如圖 7 所示
，若電路采用其直流電源的射極/源極來構建，則不存在此問題。

 

圖 7. 接地負載電流鏡
 

若電流或電壓輸入參考地
，則必須使用電平轉換。有多個電路可以實現；而圖 8 中zhong的de係xi統tong在zai很hen多duo場chang合he下xia都dou適shi用yong。這zhe款kuan簡jian單dan的de電dian路lu采cai用yong接jie地di電dian流liu源yuan驅qu動dong直zhi流liu電dian源yuan上shang的de電dian流liu鏡jing，從cong而er驅qu動dong負fu載zai。注zhu意yi，電dian流liu鏡jing可ke能neng有you增zeng益yi
，因yin此ci信xin號hao電dian流liu不bu需xu要yao像xiang負fu載zai電dian流liu那na麼me高gao。

 

圖 8. 電平轉換電流鏡
 

目前為止，我們討論的電路都是單極性的——電流在一個方向上流動——但雙極性電流電路也是可行的。最簡單、使用最廣泛的當數Howland電流泵，如圖 9 所示。這款簡單的電路有很多問題：它對電阻匹配的精度要求極高
，以獲得高輸出阻抗

；輸入源阻抗會增加R1 電阻，因此它的數值必須非常低以最大程度降低匹配誤差；電源電壓必須比最大輸出電壓高得多；並且運算放大器的CMRR性能必須相對良好。

 

圖 9. Howland 電流泵雙極性電流輸出
 

現在
，高性能儀表放大器售價不高，因此使用一個運算放大器、一個儀表放大器和一個電流檢測電阻組成雙極性電流源極為方便，如圖 10 所示。這類電路比Howland電流泵要更為簡單
，不依賴於電阻網絡（除了集成儀表放大器的那種），且電壓擺幅在每個電源的 500 mV以內。

 

圖 10. 雙極性電流運算放大器
 

目mu前qian為wei止zhi
，我wo們men討tao論lun的de電dian路lu都dou是shi具ju有you精jing密mi電dian流liu輸shu出chu的de放fang大da器qi。當dang然ran
，它ta們men能neng夠gou與yu固gu定ding輸shu入ru一yi同tong使shi用yong，提ti供gong精jing密mi電dian流liu源yuan，但dan構gou建jian一yi個ge更geng簡jian單dan的de雙shuang端duan電dian流liu源yuan也ye是shi可ke行xing的de。低di電dian流liu基ji準zhun電dian壓ya源yuanADR291 具有 10 μA左右的待機電流，典型溫度係數為 20nA/°C。如圖 11 所示，加入負載電阻後
，則 3 V至 15 V電源範圍內的基準電流為(2.5/R + 0.01) mA
，其中R為負載電阻，單位是kΩ。

 

圖 11. 雙端電流源
 

若精度不是問題，且隻要求剛性單極性電流源，則可以采用耗盡型JFET和一個電阻組成電流源。如圖 12 所示
，這種配置在溫度發生變化時並不十分穩定
，且對於給定的R值，各器件的電流可能有相當大的差異
，但該配置簡單而廉價。

 

圖 12. JFET 電流源
 

最近，我需要為某些LED設計電源。有一些工程師朋友認為我在設計供LED進行調光的可變電流源時會遇到一些困難。事實上，我隻是簡單地改裝了筆記本電腦的“黑磚頭”電源（花幾美分從跳蚤市場買的）就搞定了。圖 13 顯示的是經過簡單修改的電源電路，可為LED提供恒定電流。采用小輸出電流
，它可以固定輸出電壓正常工作。

 

圖 13. 修改黑磚頭開關電源以提供限流輸出
 

為了得到可變的電流，將基準電壓——來自黑磚頭或本地——施加於P1 和P2 所代表的電位計。OPA2 和MOSFET通過R1 輸出小電流
，在其上產生壓降。負載電流流過檢測電阻。若檢測電阻上的電壓由於負載電流超過R1 上的壓降而有所下降，那麼OPA1 輸出將上升，覆蓋磚頭中的電壓控製，並限製其輸出電壓

，防止輸出電流超過限值。

 

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