电流源设计小Tips（一）：如何选择合适的运放

　　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。

　　图2

　　解决方法：

　　1. 降低采样电压，使用小阻值

　　2. 降低采样功率，同功率下，阻值尽量大

　　看似矛盾，其实很简单，并联多个精密金属膜电阻。

　　实例：

　　100mA，采样电阻4只12 Ohm 0.1% 1/4W 25ppmmax金属膜电阻并联，等效电阻3 Ohm，采样电压300mV，采样总功率30mW，每只电阻功率7.5mW。

　　采用这种方法需要在PCB上多下功夫，一定牢记铜也有电阻，而且铜本身可做温度传感器。

　　通常0.1%的精度不是必要的，但温度漂移一定要小。然而实际电阻产品的精度和漂移基本是对应的，买电阻时除了功率外一定着重询问。

　　此外，电阻出厂前经过老化最好，无老化的电阻通常便宜一些，但通电后几天内性能多少会有些变化。

　　本次成本：

　　12 Ohm 0.1% 1/4W 25ppmmax金属膜电阻 4只 单价0.50元，合计2.00元。