電流源電路 howland電流源電路

最近研究了一些典型的電流源電路。閱讀了幾遍經典的電流源電路設計應用手冊。結合工作中的經驗把它他整理出來分享給大家。力爭在這一系列文檔里，把常見的電流源電路分析全面。

電流源電路【1】howland電流源電路（一）

? ? ? ?第一小節，先從我最近剛剛設計的一個howland電路開始。一個項目要求將交流電壓信號變化為輸出+/-50mA的交流電流信號，以便長距離傳輸。輸入信號為有效值為+/-5V的50Hz交流電壓信號。信號誤差要保持在1%以內。供電用+/-12V到+/15V都可以。這個電路可以用分立器件來設計，用運放驅動一個AB類功放。AB類功放的輸出端串聯一個電阻作為取樣電阻。電流流過取樣電阻形成的電壓信號即為反饋信號。這樣設計有突出的缺點，使用分立器件較多，輸出器過于復雜，還不易控制精度。因此本文推薦一個更為簡單的電路——howland電流源電路。Howland 電路的基本原理圖如下：其中X1G表示理想運放。

根據理想運放的虛短、虛斷特性我們可以推導出此howland電路輸出電流與輸入電壓VP，VM的關系公式如下:[2]

在實際的電路設計中我們通常使得RX=RF and RZ=RI。這樣上面的公式就可以簡化為：

電路輸入的信號是單極性電壓信號，可以把VM接地，即電壓為0。這樣可以進一步簡化公式來確定各電阻的值。

電流源電路【2】howland電流源電路（二）

howland電路設計原理。方案設計如下圖：

電路選用最大可以輸出200mA的大電流運放OPA551。使用單運放來實現高精度的正負電流輸出。OPA551的最大失調電壓為5mV。而本設計要求的最大輸入信號為7.071V。因此失調電壓的影響會小于0.1%。電流流過的四個高精度電阻R5-R8形成的電壓信號作為反饋信號反饋給正輸入端電阻R4。使用四個電阻的原因是，四個電阻可以分擔輸出的電流，保證電阻的產生的熱量遠低于額定功率; 再則這樣可以匹配出更精確的阻值。在實現生產中，也可以減小電阻的隨機誤差。為了保證精度，R1-R4的電阻值推薦選用0.1%（千分之一）精度的電阻值。C1是用來限制電路帶寬，同時對濾降頻率較高的噪聲的。

接下來，我們用TI免費的仿真軟件TINA對其進行仿真。仿真結果如下：從仿真結果來年，這個設計誤差會小于0.2%。