【導讀】接地負載用的雙向電流源結構總是較為複雜。圖1所示的改良型Howland電流泵是實現該功能最常用的選擇。Howland要求使用仔細匹配的電阻或電阻網絡。也可以使用精密差分放大器，但為實現所需性能，可能仍需要進行一些調整。 

 

圖1：經典的改良型Howland用於雙向電流輸出至接地負載。該電路要求進行嚴格的元件值選擇和匹配
，以實現高的精確度和性能。

 

圖2所示電路（本文中我們稱其為簡單電流源）zhixuyigejingmidianzujiukeshixianxiangtonggongneng。chengrudiyiduanzhongzhichudenayang，fuzaxingzongshicunzaide，cichuxuyaozengjiayigerongyihuodeqiechengbenjiaodidegelishishuangdianyuan。

 

圖2：通過浮動輸出級的電源，這個簡單電流源電路利用單個電阻就能實現精確度。隔離式雙輸出DC-DC轉換器有眾多不同功率的型號

，通過訪問分銷商網站可以很容易地查到。

 

圖2所示電路描述了在輸出端使用簡單的MOSFET（如果願意，可使用雙極）緩衝器的運算放大器。我們可以從接地電阻的MOSFET源獲得反饋。你會發現
，這與用於提供電流源的經典單向運算放大器/MOSFET組合類似。唯一複雜的就是需要在MOSFET漏lou極ji上shang實shi現xian電dian源yuan浮fu動dong，同tong時shi從cong電dian源yuan的de中zhong心xin抽chou頭tou獲huo得de輸shu出chu。運yun算suan放fang大da器qi在zai單dan位wei增zeng益yi配pei置zhi中zhong使shi用yong時shi，增zeng益yi精jing確que度du大da體ti上shang是shi單dan電dian流liu檢jian測ce電dian阻zu的de函han數shu（盡管在精確度方程中增加了兩個電阻，但仍可獲得增益）。

 

除了精確度優勢之外，該電路還具有更好的頻率響應和感性負載，因為負載並不在反饋回路中，這與Howland電路是不同的。輸出MOSFET單向傳輸功能可隔離回路與負載，至少在超過動態範圍之前如此。相比之下，改良型Howland要求利用感性負載進行大量補償

，而且帶寬會同時減少。

 

注意，圖2的簡化電路缺乏MOSFET的A/B類偏置。對DC或低頻應用來說
，這可能並不是問題。圖3中所測試的實際電路包含增加一個MOSFET和兩個電阻進行A/B類偏置的VGS倍增器配置，以消除交越失真，因為還要用它測試瞬態響應。

 

圖3：用於測試接地負載電流源的實際電路。該電路采用VGS倍增器Q3提供高頻瞬態響應測試所需的A/B類偏置。Q1和Q2上的50Ω電源電阻可消除快速轉換中的MOSFET振鈴。

 

圖3中的回路進行了精確度測試，然而Howland並未進行精確度檢查，因為它要求使用6個非常嚴謹的元件值。我們可以這樣說

，任何一個電路最後都能夠提供高精確度，但是利用本文所述的電流源可大大簡化任務。

 

 

對Howland進行精確度測試可能並不公平，因為Howland精jing確que度du是shi與yu付fu出chu的de努nu力li相xiang關guan的de。這zhe就jiu是shi簡jian單dan電dian流liu源yuan所suo解jie決jue的de問wen題ti。我wo們men可ke以yi這zhe樣yang說shuo，兩liang種zhong電dian路lu最zui後hou都dou能neng夠gou提ti供gong高gao精jing確que度du，但dan是shi利li用yong簡jian單dan電dian流liu源yuan可ke大da大da簡jian化hua任ren務wu。

 

用一個精度為0.1%的電阻RSENSE進行精確度測試，測試結果用輸出電流誤差圖表示。測試的目標在於評估輸出電流範圍為+/-10mA時的性能。圖4繪出了輸出電流誤差與輸入電壓的關係圖。

 

圖4：圖3所示電路的輸出誤差（電流範圍為±10mA）。

 

為顯示驅動感性負載時該電路的優勢
，我們將其與Howland進行比較，兩個電路均驅動一個50µH電感。圖5的原理圖說明了如何將簡單電流源重新配置為Howland電流源。在兩個電路中，我們用與50µH電感串聯的1Ω無感電阻來觀察輸出電流。

 

圖5：測試電路以比較簡單電流源（上）與Howland（下）的動態響應。通過RTEST觀察輸出信號。

 

兩個電路出於不同原因都要求使用通過電感的補償網絡。就簡單電流源來說，輸出電容和負載電感需要使用一個緩衝器來控製振鈴。Howland也ye存cun在zai振zhen鈴ling，大da部bu分fen是shi由you反fan饋kui回hui路lu中zhong的de電dian感gan所suo致zhi。利li用yong方fang波bo輸shu入ru

，我wo們men根gen據ju經jing驗yan執zhi行xing了le輸shu入ru補bu償chang。在zai兩liang個ge電dian路lu中zhong
，我wo們men開kai始shi使shi用yong通tong過guo電dian感gan的de電dian阻zu
，並bing減jian小xiao阻zu值zhi
，直zhi至zhi過guo衝chong和he振zhen鈴ling消xiao除chu。然ran後hou，采cai用yong一yi個ge電dian容rong，並bing降jiang低di電dian容rong值zhi，直zhi至zhi過guo衝chong和he振zhen鈴ling開kai始shi顯xian示shi備bei份fen。

 

頻率要盡可能高，為獲得類似波形，采用200 kHz頻率。圖6的Howland波形表明該頻率實際上超出了Howland的限製。

 

圖6：在200 kHz方波下驅動至±10mA的Howland電流源實際上超出了其頻率響應限製。消除過衝和振鈴所需的補償值采取四舍五入。

 

圖7：簡單電流源表現出卓越的200 kHz方波性能，因為感性負載並不是反饋回路的組成部分。由於輸出電容效應，補償可消除振鈴。

 

 

如果你覺得圖2和圖3太複雜
，並且你願意犧牲部分性能，那麼你可以選用圖4的(de)原(yuan)理(li)圖(tu)作(zuo)為(wei)最(zui)簡(jian)單(dan)的(de)方(fang)法(fa)。初(chu)看(kan)上(shang)去(qu)
，一(yi)個(ge)明(ming)顯(xian)的(de)考(kao)慮(lv)因(yin)素(su)是(shi)，開(kai)始(shi)使(shi)用(yong)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)電(dian)源(yuan)引(yin)腳(jiao)生(sheng)成(cheng)輸(shu)出(chu)，且(qie)其(qi)動(dong)態(tai)範(fan)圍(wei)明(ming)顯(xian)受(shou)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)最(zui)低(di)額(e)定(ding)電(dian)源(yuan)影(ying)響(xiang)。使(shi)用(yong)CMOS運yun算suan放fang大da器qi時shi，靜jing態tai電dian流liu在zai軌gui間jian流liu動dong
，對dui輸shu出chu精jing確que度du影ying響xiang不bu大da，但dan雙shuang極ji運yun算suan放fang大da器qi卻que會hui出chu現xian幾ji個ge百bai分fen點dian的de誤wu差cha。雖sui然ran可ke以yi使shi用yong軌gui到dao軌gui旁pang路lu，但dan是shi旁pang路lu仍reng然ran是shi個ge問wen題ti。作zuo者zhe已yi經jing多duo次ci將jiang該gai電dian路lu用yong作zuo網wang絡luo分fen析xi器qi的de電dian流liu輸shu出chu適shi配pei器qi
，以yi測ce量liang運yun算suan放fang大da器qi的de輸shu出chu阻zu抗kang。我wo們men尚shang未wei對dui各ge種zhong運yun算suan放fang大da器qi進jin行xing測ce試shi
，雖sui然ran許xu多duo運yun算suan放fang大da器qi可ke能neng會hui在zai本ben電dian路lu中zhong表biao現xian良liang好hao
，但dan仍reng會hui有you一yi些xie運yun算suan放fang大da器qi表biao現xian欠qian佳jia。

 

模擬本電路的警告。並非所有運算放大器spice模型都能夠正確模擬電源引腳中負載電流的流動，而這是模擬本電路的一個必要特性。

 

圖8：zheshibendianliushuchudianluzuijiandandeshixianfangshi
，danshihuijiangdishuchuzukanghexianzhishuchuguigefanwei。ciwai，haibixushiyongnixuanzedeyunsuanfangdaqilaiyanzhenggaifangshi，yinweiyixieyunsuanfangdaqikenenghuiyouyudianyuanfudongerwufazaibendianluzhongzhengchangyunxing。

 

本文轉載自電子技術設計。