如何选择电流源设计的运放

对于工程师来说，电流源是个不可或缺的仪器，也有很多人想做一个合用的电流源，而应用开源套件，就只是用一整套的PCB，元件，程序等成套产品，参与者只需要将套件的东西焊接好，调试一下就可以了，这里面的技术含量能有多高，而我们能从中学到的技术又能有多少呢?本文只是从讲述原理出发，指导大家做个人人能掌控的电流源。本文主要就是设计到模拟部分的内容，而基本不涉及单片机，希望朋友能够从中学到点知识。

我这次的目标是搭建一个有基本功能的20V/100mA电流源，它即可固定输出，又可用单片机步进控制。下图是易于实现数控的直流电流源。假设运放有理想输出能力，如果输出电流100mA，采样电阻Rsample的大小取值有何讲究呢?

图1

如果Rsample过大，将导致：

1. 采样功率过高，对Rsample温度稳定要求高，因而成本呈指数提高。

解释：如果Rsample=1 Ohm，Vsample=1V，Psample=100mW，对于精密应用而言，电阻耗散100mW通常是难以接受的采样功率。

2. RL上的电压动态范围减小，减小RL电阻上限。

但对运放和Vin调理电路的要求相应降低。

如果Rsample过小，将导致运放的种种误差显现：

1. VOS的漂移与Vin可比，造成输出电流误差。

解释：Rsample=0.1 Ohm，Vsample=10mV，如果使用LM324，VOSmax=3mV，潜在直流误差30%;VOS/dTmax=30uV/C，10C温度变化引起潜在误差3%。

2. 电路增益过高，运放噪声放大，RL上电压基本不变，造成RL上的电压噪声增大，导致RL上电流噪声增大。

3. 对运放要求提高，因而成本呈线性提高。

4. 对处理Vin的调理电路要求提高，因而提高成本。

但对Rsample的要求相应降低。

关于如何选择采样电阻：

电流源需要采样电流进行反馈，虽然也有其他方法采样，但最稳定也是最准确的方法仍然是电阻采样。

普及知识：用于采样的电阻功率至少大于采样功率20倍以上，才不致由于发热造成明显的漂移。

继续上次，100mA_级的电流是很常用的电流值，但对于电阻采样而言通常也是比较尴尬的电流值。

A_级的电流通常不要求太高准确度，使用分流器采样为主，只要功率足够即可。

mA/10mA_级的电流相对简单，由于不产生显著的采样功率，因此通常的精密金属膜电阻都可满足要求。

100mA_级的电流不大不小，用分流器没有这么大的阻值，用精密金属膜电阻没有这么大功率。

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