电流源电路 howland电流源电路

最近研究了一些典型的电流源电路。阅读了几遍经典的电流源电路设计应用手册。结合工作中的经验把它他整理出来分享给大家。力争在这一系列文档里，把常见的电流源电路分析全面。
电流源电路【1】howland电流源电路（一）

       第一小节，先从我最近刚刚设计的一个howland电路开始。一个项目要求将交流电压信号变化为输出+/-50mA的交流电流信号，以便长距离传输。输 入信号为有效值为+/-5V的50Hz交流电压信号。信号误差要保持在1%以内。供电用+/-12V到+/15V都可以。这个电路可以用分立器件来设计， 用运放驱动一个AB类功放。AB类功放的输出端串联一个电阻作为取样电阻。电流流过取样电阻形成的电压信号即为反馈信号。这样设计有突出的缺点，使用分立 器件较多，输出器过于复杂，还不易控制精度。因此本文推荐一个更为简单的电路——howland电流源电路。Howland 电路的基本原理图如下：其中X1G表示理想运放。

根据理想运放的虚短、虚断特性我们可以推导出此howland电路输出电流与输入电压VP，VM的关系公式如下:[2]

在实际的电路设计中我们通常使得RX=RF and RZ=RI。 这样上面的公式就可以简化为：

电路输入的信号是单极性电压信号，可以把VM接地，即电压为0。这样可以进一步简化公式来确定各电阻的值。

电流源电路【2】howland电流源电路（二）

howland电路设计原理。方案设计如下图：

电路选用最大可以输出200mA的大电流运放OPA551。使用单运放来实现高精度的正负电流输出。OPA551的 最大失调电压为5mV。而本设计要求的最大输入信号为7.071V。因此失调电压的影响会小于0.1%。电流流过的四个高精度电阻R5-R8形成的电压信 号作为反馈信号反馈给正输入端电阻R4。使用四个电阻的原因是，四个电阻可以分担输出的电流，保证电阻的产生的热量远低于额定功率; 再则这样可以匹配出更精确的阻值。在实现生产中，也可以减小电阻的随机误差。为了保证精度，R1-R4的电阻值推荐选用0.1%（千分之一）精度的电阻 值。C1是用来限制电路带宽，同时对滤降频率较高的噪声的。

接下来，我们用TI免费的仿真软件TINA对其进行仿真。仿真结果如下：从仿真结果来年，这个设计误差会小于0.2%。

这个电路还可以进一步作改进设计，如下图，将反馈电压信号经过一个高精度运放OPA188作跟随反馈给R4. 这样可以保证反馈信号的不会受到输入信号的影响。在图中，U1、U2均引入了负反馈，前者构成同相求和运算电路，后者构成电压跟随器。

 

在实际制板测试过程中，精度会略有影响，因此推荐在PCB生产完之后，根据实际的电路，微调一下反馈电阻的值来保证精度。以达到更高的精度。