电流源设计小Tips（一）：如何选择合适的运放(1)

同，依赖反馈理论的电源都会有先天的恐惧症。

与电压源害怕遇到电容性负载类似，电流源遇到电感性负载时也须谨慎处理。

题外话：似乎所有稳压电源都会在输出有电容，与上面的话冲突。其实稳压电源也做过补偿，况且10uF量级的电容以足够大，普通的电压源能量无法带动10uF在特定频率上以很大的幅度振荡，但并非不振只是幅度很小，很像纹波。这就是为什么坛里坛外有些diy电源会产生莫名其妙的“纹波”和“噪声”的原因。

电流源的负载除了电阻和二极管以外，更多的应用就是电感，变压器、螺线管、电磁铁、空心线圈、亥姆霍兹线圈。。。，其中很多电感性负载能达到H级。即使是小的电感，如果要求电流源响应速度很高，也有同样的问题。坛里有同惠的朋友，大家可向他请教，同惠某系列的电流源专为电感偏流的，同时又有很宽的频率响应范围。

RL是有直流电阻的电感，暂用(LL+RL)代替，(LL+RL)会使反馈系数F出现极点pL，对应的1/F出现零点，导致振荡。pL的频率点各位自己计算。

图6

解决的办法还是补偿，只要在反馈系数F上引入一个零点zL，使1/F对应出现一个极点，从而使交点处的1/F曲线斜率为0。

图7

还是在输出减振器上做了文章，但一般不推荐直接用电容，虽然电感内阻已经是一次阻尼，但仍会导致校正后的1/F曲线在LC谐振频率附近莫名其妙。通常的方法要给电容也加一点阻尼，串联一个小电阻R，1—100 Ohm，视实际应用中的频响曲线和C的取值而定。一般而言，10kHz以下的应用C=0.1uF，R=3 Ohm/1W。

图8

很奇怪为什么用1W的电阻，R里通常不走电流，做过音响功放的应该有点体会，这里不再详述。

本次增加成本：

3 Ohm/1W水泥/碳膜/金属膜电阻 1只 单价0.20元 合计0.20元

合计成本：3.20元

负载的问题已经完成，好像还缺电容没有讨论，给个公式CV=It，考虑考虑看。电流源不太怕电容的。

这两部分关于负载的问题，大家好像都不太感觉兴趣，与烙铁太远了。

其实都是学校里很少见到的，工程上优先考虑的事项。

模电老师自己没做过东西的，自然不会给讲这个，这就是为什么学校作品通常很难变成产品的原因。

实际的运放：

模型说了这么多，还没和实际的沾上边儿，这一部分将考虑实际器件。

通常的运放最高能输出35mA(我见过的，勿疑)，而且到达最大输出电流时，运放几乎进入饱和状态，已失去大多数可圈可点的性能。

当然，功率运放可输出5A以上的电流，但功率运放的直流特性不大好，集中于VOS和dVOS/dT，有兴趣的坛友可查看LM1875的datasheet，其余类推。

由于功率运放的VOS已和Vsample可比，因此一般不推荐单独使用。

一般而言，依照运放自身的设计原则，运放输出电流应尽量控制在1mA以内，否则：

1. 加上自身偏置电流，运放可能发热，造成输出漂移。

2. 由于集电极/发射极串联电阻的作用，大电流输出造成运放输出级状态不佳，主要是VCE过低，IC过大，造成电流增益下降，具体参见任意NPN/PNP datasheet中的输出特性曲线。

3. 加重中间级负载，造成运放对高频大信号的响应能力下降。

对于大于1mA的电流，应该扩流。

图9

扩流方法很多，最常见方法如下：

1. 使用现成的单位增益缓冲器：

例如LT1010，最大输出150mA。

2. 参照运放内部电路：

扩流最简单的办法是共集电级乙类推挽输出级，就是NPN和PNP构成的射随器组合，对于20V/100mA而言须选择10W左右的中功率管。实际是第一种方法的简化方法。

3. 使用具有电压增益的功率运放电路扩流：

这是一种豪华的方法，具有相当好的动态性能，很多Agilent高级系统仪器均采用这种方法，当然功率运放是分立的。由于扩流电路具有电压增益，因此对运放的SR要求降低，整体电路的直流性能决定于运放，克服了功率运放的VOS问题。但这种电路调试比较麻烦，容易振荡，需要设计者经验丰富。

显见，考虑性价比，如果只考虑将电流源作为稳定驱动，而不考虑动态性能(例如脉冲电流源)，第2种方法是相当好的选择。

一定有人推荐，最好使用甲乙类输出以避免交越失真，也可，但对直流源实无必要。

图10

上述电路都可工作于I、II、III、IV象限。针对一般的用途，事实上需要四象限均可工作的电流源的场合非常少，通常只需I象限工作即可(Io》0、Vo》0)，如果不考虑动态性能，可将推挽输出级PNP一侧去掉，简化为单臂输出。

这次的简化牺牲了输出电流下降沿性能，但对于直流稳定源无大碍。

坛友可参考Agilent 36xx系列用户手册，下降沿和上升沿响应速率的巨大差异。36xx均为单臂电源。

图11

图中运放使用了双电源。运放可单电源也可双电源工作，推荐使用双电源，原因如下：

1. Aopen(Vin+-Vin-