那么,如何选择外部电阻以最大程度减少误差?请继续往下看
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图1. 改进型Howland电流源驱动接地负载
通过对改进型Howland电流源进行分析,可以得出传递函数:
提示1:设置 R 2 + R 5 = R 4
在公式1中,负载电阻影响输出电流,但如果我们设置 R 1 = R 3 和 R 2 + R 5 = R 4 ,则方程简化为:

此处的输出电流只是R 3 , R 4 和 R 5 的函数。如果有理想放大器,电阻容差将决定输出电流的精度。
提示2:设置 R L = n × R 5
为减少器件库中的总电阻数,请设置 R 1 = R 2 = R 3 = R 4 。现在,公式1简化为:

如果R 5 = R L ,则公式进一步简化为:

此处的输出电流仅取决于电阻 R 5 。
某些情况下,输入信号可能需要衰减。例如,在处理10 V输入信号且 R 5 = 100 Ω的情况下,输出电流为100 mA。要获得20 mA的输出电流,请设置R 1 = R 3 = 5R 2 = 5R 4 。现在,公式1简化为:

如果 R L = 5R 5 = 500 Ω, 则:

提示3:R 1 /R 2 /R 3 /R 4 的值较大
当R1/R2/R3/R4 的值较大时,可改进电流精度 。大多数情况下,R1 = R2 = R3 = R4 ,但RL ≠ R5 ,因此输出电流如公式3所示。例如,在R5 = 100 Ω 且RL = 500 Ω的情况下,图2显示电阻R1 与电流精度之间的关系。要达到0.5%的电流精度,R1 必须至少为40 kΩ。
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图2. R 1 与输出电流精度之间的关系
提示4:电阻容差影响电流精度实际电阻从来都不是理想的,每个电阻都具有指定的容差。图3显示了示例电路,其中 R 1 = R2 = R3 = R4 = 100 kΩ, R5 = 100 Ω, 而且RL = 500 Ω。在输入电压设置为0.1 V的情况下,输出电流应该为1 mA。

图3.I OUT = 1 mA的示例电路
表1显示由于不同电阻容差而导致的输出电流误差。
*最差情况输出电流误差(%)与电阻容差(%)
为达到0.5%的电流精度,请为R 1 /R 2 /R 3 /R 4 选择0.01%的容差,为R 5 选择0.1%的容差,为R L 选择5%的容差。0.01%容差的电阻成本昂贵,因此更好的选择是使用集成差动放大器(例如 AD8276, 它具有更好的电阻匹配,而且更加经济高效)。
在设计改进型Howland电流源时,需要选择外部电阻,使得输出电流不受负载电阻的影响。但是呢,电阻容差又会影响精度,所以必须在精度和成本之间权衡考虑。
此外,放大器的失调电压和失调电流也会影响精度,务必查阅数据手册,确定放大器是否满足电路要求。