电流源设计小Tips（一）：如何选择合适的运放

运放电源VCC与连接负载的电源VP分开，连接负载的电源VP为24V，电流源的输出电压便可达到20V以上。

　　可是，三极管的电流增益毕竟是有限的，即使是达林顿组态也不过1000，超beta管（通常用在双极运放输入端）最大也不过10000，IB总会出现，而且IB通过Rsample流入地，造成Vsample里出现误差。误差即1/电流增益。

　　NS有个电路避免了这个问题，使用JFET与NPN构成一个无需电流驱动的达林顿组态。

　　图13

　　然而小功率JFET或N MOS并不便宜，而功率N MOSFET并不贵，还可减少一种库存，因此使用N MOSFET代替NPN即可。

　　图14

　　MOSFET不需要稳定的电流驱动，因此IG造成的Vsample误差基本可以忽略，ID=IS，一个近乎完美的镜像。

　　10W左右的N-MOSFET反而不太便宜，选用100W的IRF530也是明智的，而且为扩充输出功率提供了潜力。

　　本次增加成本：

　　IRF530 1只 单价3.00元，合计3.00元

　　合计成本：6.20元

　　如何选择合适的运放：

　　选择运放依据需求，每一种运放都有适合的用途，而非通用。

　　电流源的需求：

　　1. Vin+=Vin-=Vsample，Vsample=300mV，任何恒温正常工作状态下，误差源Vin+-Vin-应小于Vsample的0.01%=30uV。

　　2. 温度变化引起的VOS=Vin+-Vin-越小越好。精密仪器都会要求使用环境温度范围=25+/-10c==15-35C，因此在+/-10C范围内VOS变化应小于Vsample的0.01%=30uV。

　　3. 稳定电流输出，不考虑脉冲性能，即可适当放宽阶跃响应要求。

　　4. 低噪声。

　　5. 价格越低越好。

　　这是工程上考虑问题的思路，范围由宽至窄逐级选择：

　　1. 之前的负载调整率的计算表明，Aopen越大，Vin+-Vin-越小，很高的Aopen是精密运放的典型特征，通常Aopen》120dB=1000000，可用的运放为：

　　OP07家族，包括OP07/27/37/177/A277/227。

　　常见的运放如LM358/324、TL061/071/081、LF356/357/347等均不属于精密运放，暂不使用。

　　2. 精密运放的VOS通常很小，小于1mV，VOS/dT也很小，小于2uV/C，以OP07为例，VOS/dTmax=1.6uV/C，+/-10C变化+/-16uV，满足需求。

　　一定会问：为什么不用VOS/dT典型值计算（即使LM324也很小），而用最大值？

　　图15

　　工程设计原则而言是冗余量，做工程必须留足冗余量，不留冗余量的通常是学校作品和新手作品，做工程不能赌博，要尽量考虑到最坏情况，冗余量恰好就是最大值。

　　理论上的解释，VOS/dT的测量电路与实际应用电路不同，因此典型值只能作为参考，而非标准。选择运放时一定要看指标的最宽泛范围。实际上最大值也只能作为参考，但由于没有其他电路形式的数据支持（事实上不可操作），只能用最大值做计算依据。

　　OP07家族都没有什么问题，高Aopen和低VOS、VOS/dT总是一起出现，就像电阻的高准确度和低温漂总是一起出现。

　　OP07家族的单运放还有一个额外的好处，可以调零。

　　3. 不考虑阶跃响应上升沿质量时，无需运放在高频率的增益很大，对于稳定源，运放GBW大致1MHz上下即可。运放后面的IRF530也非高频率器件，因此选择GBW很大的运放很浪费，而且将来的频率补偿会相当麻烦。当然，如果要求电流源工作在脉冲状态（很多半导体测量系统为避免发热而必须采用的方式），可相应更换运放和MOSFET。

　　OP07家族里的OP27/37都是宽带的，暂不考虑。（指标过高，很好很好的运放，OP37简直是旷世杰作）

　　OP07/177/OPA277都是1MHz左右的运放。

　　4. OP07家族噪声足够低。

　　5. 这个问题总是很棘手，但OP07很合适，物美价廉嘛。177也很好，不太贵，OPA277比较贵，但VOS/dT很低，留作备选。

　　还有一种精密运放例如icl7650，斩波稳零，原文是chopper amp。

　　有一些噪声，但不大，更好的chopper amp会通过采样把低频噪声量化为高频，很容易滤除。

　　Aopen很高》140dB，电源范围略小，+/-8V，既然电流源架构并不要求运放输出动态，也可。

　　最主要的VOS/dT理论上为0，实际上是长期漂移，由开关长期的性能不一致性造成。

　　但这种运放一旦饱和，很难快速恢复，这是个重大缺点。而且很贵。

　　暂选OP07CP，运放总是有过多的选择，眼花缭乱。所以多数设计者总会用最熟悉的型号，而不求新。

　　由于电流源里只有1个运放，因此零漂都由运放而来，正好是OP07调零电路最合适应用的场合。

　　调零电路参见OP07 datasheet，需要做适当改进，将20k电位器拆分为9.1k+2k电位器+9.1k，提高调整精度。

　　图16

　　本次增加成本

　　OP07CP 1只 单价1.20元，合计1.20元

　　9.1k Ohm电阻 2只 单价0.01元，合计0.02元

2k Bouns 10圈精密微调3296电位器 1只 单价2.00