微安級(jí)數(shù)控恒流源的設(shè)計(jì)

此電路通過(guò)差分放大器的拓?fù)湫问浇鉀Q了恒流源負(fù)載不共地的問(wèn)題，負(fù)載是接在輸出與地線之間。在此電路中，由于采用了差分結(jié)構(gòu)，因此需慎重選擇電阻，其中Rl和R2，R3和R4，R5和R6分別相等，如果這三對(duì)電阻選得不對(duì)稱，將會(huì)嚴(yán)重影響輸出電流的精度。通過(guò)運(yùn)放“虛短虛斷”的原則，可以計(jì)算出在此電路中DA轉(zhuǎn)換器輸出lV的電壓對(duì)應(yīng)恒流源電路的輸出電流為10 μA。

3 運(yùn)用儀表放大器設(shè)計(jì)微安級(jí)恒流源電路
差分放大型電路雖然解決了恒流源負(fù)載不共地的問(wèn)題，但電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，而且由于使用了三對(duì)大阻值精密電阻，器件難以購(gòu)買，使得電路的成本大大提高，通用性降低。但是，可以基于上述電路思想，運(yùn)用新型運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單廉價(jià)的高精密微安級(jí)數(shù)控恒流源。圖4所示電路是采用儀表放大器INAll8結(jié)合運(yùn)放設(shè)計(jì)出的高精密微安級(jí)數(shù)控恒流源。

INAll8是美國(guó)B-B公司生產(chǎn)的精密儀表放大器，具有精度高和共模抑制比高的優(yōu)點(diǎn)，適合對(duì)微小信號(hào)進(jìn)行不失真的放大。INAll8由三個(gè)運(yùn)算放大器組成差分放大結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

其中運(yùn)放A1、A2的作用是為了提高放大器的輸入阻抗和提供放大(其放大倍數(shù)由Rg決定)，Al、A2分別對(duì)Vin-和Vin+進(jìn)行電壓跟隨，A3和4個(gè)60k Ω的電阻組成差分放大器。
在圖4所示電路中，根據(jù)運(yùn)放“虛短虛斷”的原則，負(fù)載電阻R2上流過(guò)的電流值由式(2)計(jì)算得出。

電路中Rg的穩(wěn)定性和溫度漂移對(duì)增益有影響，應(yīng)采用高精度、低噪聲的金屬膜電阻，OPA盡量采用高阻抗運(yùn)算放大器，以減小偏置電流所帶來(lái)的誤差。如選用普通的運(yùn)放OPAl77，Ib的誤差達(dá)到±15nA；選用高速精密運(yùn)放OPA602，Ih的誤差降為±1pA；選用靜電計(jì)級(jí)運(yùn)放OPAl28，Ih的誤差僅為±75fA。

4 小結(jié)
INA118通過(guò)內(nèi)部集成的六個(gè)精密電阻與運(yùn)放組成差分放大結(jié)構(gòu)，解決了元器件選擇困難，電路成本高的問(wèn)題。整個(gè)電路結(jié)構(gòu)也解決了恒流源負(fù)載不共地的問(wèn)題，在微弱信號(hào)采集和處理等實(shí)際工程應(yīng)用中具有較高的實(shí)用價(jià)值。