為什么這個(gè)運(yùn)放壓控電流源誤差有點(diǎn)大？

今天我們來分析下為什么在輕負(fù)載條件下，恒流精度有變化。上篇文章也提到過失調(diào)電壓，失調(diào)電壓是造成這個(gè)誤差的主要因素。首先，回顧下該電路，為方便計(jì)算，調(diào)整下反饋電阻參數(shù)，將比例改為1倍，可得負(fù)載電流 I=Vin/R5。（具體公式推導(dǎo)工程請看1月16的微頭條文章），在這里為排除由正反饋和負(fù)反饋兩個(gè)環(huán)路反饋系數(shù)不相等因素造成的誤差，我們將仿真圖中的R4改為9.75K，R5改為250R.使(R5+R4)/R3=R2/R1=1.如下圖1，其中電壓表測量的是運(yùn)放正相和反相輸入端之間的電壓，即測量的是運(yùn)放的失調(diào)電壓。根據(jù)公式，當(dāng)Vin為5V時(shí)，負(fù)載電流I=5/250=20mA。

圖1

我們先來看下重負(fù)載（R6=50R）和輕負(fù)載(R6=300R)時(shí)的仿真結(jié)果，圖下圖2和圖3。

圖2，重負(fù)載

圖3，輕負(fù)載

根據(jù)圖2，.可以看出來，重負(fù)載時(shí)，電流為20.02mA,和理論值20mA相差無幾。但圖3輕負(fù)載時(shí)的電流值為19.11mA.這個(gè)值離20mA的理論值有點(diǎn)差距，對比兩圖的失調(diào)電壓值，會發(fā)現(xiàn)，輕載時(shí)的失調(diào)電壓為110.27mV,比重載時(shí)增大了幾十倍。接下來我們來驗(yàn)證下是不是因?yàn)檫@個(gè)異常增大的失調(diào)電壓而導(dǎo)致最終電流誤差突然增大。

失調(diào)電壓可以理解為疊加在運(yùn)放輸入端口的附加電壓，等效為如下圖4。

圖4

上圖的失調(diào)電壓，經(jīng)放大1+R2/R1倍后，出現(xiàn)在運(yùn)放輸出端,即圖3中，這個(gè)-110.27mV的失調(diào)電壓會被放大2倍，放大后為220.54mV。220.54mV流過R5,會在R5上形成220.54/250=0.882mA的誤差電流，電流方向?yàn)樨?fù)，即從右向左，如下圖5。

圖5

根據(jù)上圖，理論值減去誤差電流，20mA-0.882mA=19.118mA.這個(gè)計(jì)算結(jié)果和圖3的仿真結(jié)果19.11mA是一致的。接下來看看當(dāng)負(fù)載從50R-400R范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電流，運(yùn)放1腳輸出電壓，和失調(diào)電壓的波形圖。如下圖6。

圖6

由上圖可知，當(dāng)運(yùn)放1腳的輸出電壓達(dá)到10.5V左右時(shí)（逼近正電源軌），運(yùn)放的失調(diào)電壓開始快速地向負(fù)方向增大，直接導(dǎo)致負(fù)載電流由20.02mA快速下降，從而導(dǎo)致了電流誤差。運(yùn)放的最大輸出電壓能力，即輸出電壓能不能達(dá)到運(yùn)放供電VCC電壓，或者準(zhǔn)確的說輸出電壓能有多逼近供電VCC電壓是由運(yùn)放本身的特性決定的。

由圖6可得知，運(yùn)放單電源供電情況下，當(dāng)運(yùn)放輸出電壓逼近正電源軌時(shí)，運(yùn)放的失調(diào)電壓會急劇增大，設(shè)計(jì)該類電路時(shí)需要考慮這個(gè)因素。

審核編輯：湯梓紅