設(shè)計(jì)目標(biāo)

設(shè)計(jì)說(shuō)明

此低側(cè)電壓至電流 (V-I) 轉(zhuǎn)換器向可以連接到比運(yùn)算放大器電源電壓更高的電壓的負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)穩(wěn)壓電流。該電路接受 0V 至 10V 的輸入電壓，并將其轉(zhuǎn)換為 0A 至 1A 的電流。通過(guò)將低側(cè)電流檢測(cè)電阻 (R₅) 中的壓降反饋回運(yùn)算放大器，可以精確地調(diào)節(jié)電流。

設(shè)計(jì)說(shuō)明

1. 電阻分壓器（R1 和 R2）用于限制同相輸入 V_in+ 和檢測(cè)電阻 R₅ 在滿量程時(shí)的最大電壓。
2. 對(duì)于非軌到軌輸入 (RRI) 的運(yùn)算放大器，可能需要使用分壓器來(lái)將輸入電壓降低到運(yùn)算放大器的共模電壓范圍內(nèi)。
3. 將 R₅ 設(shè)為低電阻值，從而更大限度地增加負(fù)載順從電壓并降低滿量程時(shí)的功率耗散。
4. 使用高增益 BJT 可降低運(yùn)算放大器的輸出電流要求。
5. 反饋元件 R₃、R₄ 和 C₁ 提供補(bǔ)償以確保穩(wěn)定性。R₃ 隔離雙極結(jié)型晶體管 (BJT) 的輸入電容，R₄ 直接在電流設(shè)置電阻 (R₅) 上提供直流反饋路徑，C₁ 提供繞過(guò) BJT 的高頻反饋路徑。
6. 在線性運(yùn)行區(qū)域內(nèi)使用運(yùn)算放大器。線性輸出擺幅通常在器件數(shù)據(jù)表中 A_OL 測(cè)試條件下指定。

設(shè)計(jì)步驟

該電路的傳遞函數(shù)為：

1. 計(jì)算檢測(cè)電阻 R₅。檢測(cè)電阻應(yīng)盡可能小，以最大限度地提高負(fù)載順從電壓并降低功率耗散。將檢測(cè)電阻的最大電壓設(shè)置為 100mV。將壓降限制為 100mV，將滿量程輸出時(shí)的檢測(cè)電阻內(nèi)的功率耗散限制為 100mW。
   ${\text{Let V}}_{\text{in-(max)}}{\text{= 100mV at I}}_{\text{oMax}}\text{= 1A}$
   ${\text{R}}_{\text{5}}=\frac{{\text{V}}_{\text{in-(max)}}}{{\text{I}}_{\text{oMax}}}=\frac{\text{100mV}}{\text{1A}}\text{= 100m?}$
2. 為輸入端的分壓器選擇電阻 R₁ 和 R₂。在最大輸入電壓下，分壓器應(yīng)將運(yùn)算放大器的輸入電壓 V_in+(max) 降低至檢測(cè)電阻 R₅ 上的最大電壓。選擇 R₁ 和 R₂ 時(shí)，應(yīng)確保不超過(guò)最大輸入電流。
   ${\text{V}}_{\text{in-(max)}}{\text{= V}}_{\text{in+(max)}}{\text{= I}}_{\text{iMax}}{\text{× R}}_{\text{2}}\text{= 100mV}$
   ${\text{R}}_{\text{2}}=\frac{{\text{V}}_{\text{in+(max)}}}{{\text{I}}_{\text{iMax}}}\text{=}\frac{\text{100mV}}{\text{200μA}}\text{= 500? ～ 499? (Standard value)}$
   ${\text{V}}_{\text{in+(max)}}{\text{= V}}_{\text{iMax}}\text{×}\left(\frac{{\mathrm{R}}_{\mathrm{2}}}{{\mathrm{R}}_{\mathrm{1}}+{\mathrm{R}}_{\mathrm{2}}}\right)$
   ${\text{R}}_{\text{1}}\text{= 49.5k? ~ 49.3k? (Standard value)}$
3. 有關(guān)如何正確調(diào)整補(bǔ)償元件 R₃、R₄ 和 C₁ 的大小的設(shè)計(jì)過(guò)程，請(qǐng)參閱設(shè)計(jì)參考部分 [3]。

設(shè)計(jì)仿真

直流仿真結(jié)果

交流仿真結(jié)果

瞬態(tài)仿真結(jié)果

設(shè)計(jì)參考資料

1. 有關(guān) TI 綜合電路庫(kù)的信息，請(qǐng)參閱模擬工程師電路說(shuō)明書(shū)。
2. SPICE 仿真文件：SBOMB58。
3. TI 高精度實(shí)驗(yàn)室

設(shè)計(jì)采用的運(yùn)算放大器

設(shè)計(jì)備選運(yùn)算放大器