微波EDA网,见证研发工程师的成长!
首页 > 硬件设计 > 电源设计 > 电流源设计小Tips(一):如何选择合适的运放(2)

电流源设计小Tips(一):如何选择合适的运放(2)

时间:08-16 来源:互联网 点击:

此时,运放输出端电压基本控制在0.6—0.9V之间,即使TL061也可达到0.016%,OP07更可达到0.0001%。

如果将运放电源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元,合计2.00元。

合计3.22元

合计成本:9.42元

如何解决振荡问题:

相信还

Copyright © 2017-2020 微波EDA网 版权所有

网站地图

Top