本文研究了圍繞運(yùn)算放大器和儀表放大器構(gòu)建的電流源的操作和動(dòng)態(tài)性能。如下圖所示，運(yùn)算放大器反饋環(huán)路中的儀表放大器使運(yùn)算放大器的輸出產(chǎn)生的負(fù)載電流與負(fù)載電阻無(wú)關(guān)。

該電路具有高精度和良好的動(dòng)態(tài)性能，并且在控制輸入電壓和產(chǎn)生的負(fù)載電流之間提供了簡(jiǎn)單明了的關(guān)系。在討論拓?fù)涞牟僮骱蛣?dòng)態(tài)性能之前，將先討論LTspice中得電路。

LTspice實(shí)現(xiàn)

LTspice版本的電路如下所示。

LTspice包含了原始設(shè)計(jì)中使用的精確組件的宏模型。如果想在這個(gè)電路中加入不同的放大器，強(qiáng)烈建議選擇帶有宏模型的部件。我的直覺告訴我，這是在構(gòu)建之前應(yīng)該模擬的那種電路；如您所見，LT1102的引腳2和引腳7當(dāng)前已斷開連接。這將器件配置為固定增益為100，并且得到的傳遞函數(shù)為I LOAD=VCNTRL/（R1×100）。

如果將引腳2連接到地，引腳7連接到引腳8，LT1102的增益將為10，在這種情況下，傳遞函數(shù)變?yōu)镮LOAD=VCNTRL/（R1×10）；上圖中顯示的控制電壓是一個(gè)斜坡，在100 ms的時(shí)間內(nèi)從-5 V延伸到+5 V。該控制電壓將用于演示電路的低頻性能。

低頻操作

下圖顯示了電流源對(duì)緩慢變化的輸入電壓的反應(yīng)。正如預(yù)期的那樣，負(fù)載電流從-5 mA線性增加到+5 mA。

將數(shù)學(xué)傳遞函數(shù)應(yīng)用于控制電壓，繪制出理論輸出電流與模擬輸出電流之差，可以估計(jì)電路的低頻精度。

所看到的誤差大約是45μV，在-5伏到+5伏的輸入電壓范圍內(nèi)只有微小的變化。考慮到兩個(gè)放大器中存在的各種非理想情況，這對(duì)我來(lái)說(shuō)似乎相當(dāng)不錯(cuò)（盡管我不知道這些非理想性如何被整合到宏模型中）。

但是，該誤差假定R1 恰好為10Ω。由于R1（與儀表放大器的增益一起）決定了控制電壓和輸出電流之間的比例常數(shù)，如果希望實(shí)際傳遞函數(shù)復(fù)制理論傳遞，則必須使用極低容差的電阻。另一方面，如果這是用于一次性項(xiàng)目或原型或其他類似項(xiàng)目，可以簡(jiǎn)單地測(cè)量R1的電阻，然后根據(jù)測(cè)量的電阻值而不是理想值生成控制電壓。運(yùn)行了一些具有不同負(fù)載電阻值的仿真，總趨勢(shì)是隨著負(fù)載電阻的增加誤差減小。例如，R LOAD =600Ω時(shí)的誤差約為19μV。

動(dòng)態(tài)性能

該電流源基于負(fù)反饋，其本身涉及與穩(wěn)定行為相關(guān)的一些延遲，并且放大器具有帶寬和轉(zhuǎn)換速率限制。因此，我們不應(yīng)期望該電路將快速輸入電壓變化轉(zhuǎn)換為同樣快速的輸出電流變化。但是，考慮到所有因素，輸出具有很好的再現(xiàn)控制電壓突變的能力，要注意這些突然的變化不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的振幅。為了模擬動(dòng)態(tài)響應(yīng)，將電壓源更改為從0 V到5 V的脈沖，上升/下降時(shí)間為1μs。輸入信號(hào)和產(chǎn)生的輸出電流信號(hào)如下所示。

RLOAD=600Ω時(shí)的動(dòng)態(tài)性能。

Linear Tech應(yīng)用程序?qū)⒋穗娐返膭?dòng)態(tài)響應(yīng)描述為“受控”。輸出電流以均勻的方式（0.65 mA /μs的斜率）增加和減少。上升沿或下降沿沒(méi)有振幅，過(guò)沖幅度非常低。一個(gè)有趣的細(xì)節(jié)如下圖所示。在下降沿之后，輸出電流需要（相對(duì)）長(zhǎng)的時(shí)間才能返回到0 mA的預(yù)期值。

C=0.05μF時(shí)的恢復(fù)行為。

可以通過(guò)減小電容值來(lái)縮短恢復(fù)時(shí)間，但這會(huì)導(dǎo)致瞬態(tài)響應(yīng)不那么“受控”：

C=0.005μF時(shí)的恢復(fù)行為。