Op를 사용하여 정밀 전류 펌프를 설계하는 방법

회로 이론에서 전압 소스와 전류 소스는 똑같이 이상적이며 구현하기도 쉽습니다. 원을 그린 다음 전압에 대해 플러스 및 마이너스 기호를 추가하거나 전류에 대해 화살표를 추가하면 됩니다. 이제 모든 조건에서 지정된 전압을 생성하거나 모든 조건에서 지정된 전류를 구동하는 회로 요소가 있습니다.

실제 생활에서 소스는 이상적이지 않으며, 더욱이 이론적인 전압 소스를 근사하는 것이 이론적인 전류 소스를 근사하는 것보다 훨씬 쉽습니다. 전압 소스는 배터리, 제너 다이오드 또는 버퍼와 결합된 저항성 전압 분배기만큼 간단합니다.

반면에 전류 소스는 일반적으로 영리한 회로 설계와 작동 세부 사항에 대한 더 큰 주의가 필요합니다.

전류 소스를 설계하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 2-op-amp 토폴로지를 살펴보기 전에 몇 가지 다른 옵션을 간략하게 살펴보겠습니다. 해당 링크를 클릭하면 이러한 모든 주제에 대해 자세히 알아볼 수 있습니다.

한 가지 흥미로운 접근 방식은 전압 조정기를 전류 조정기로 사용하는 것입니다.

또 다른 옵션은 간단한 전압 제어 양방향 전류 소스를 설계하는 방법에 대해 이전 기사에서 논의한 증폭기 기반 회로입니다. 증폭기 기반 회로는 2개의 연산 증폭기 토폴로지를 막연하게 연상시키지만 증폭기 중 하나는 연산 증폭기가 아닌 계측 증폭기입니다.

마지막으로 Sergio Franco 박사가 작성한 AAC 기사에서 철저하게 분석된 Howland 전류 펌프가 있습니다.

저는 Analog Devices의 이전 앱 노트에서 "정밀 전류 펌프"로 설명된 이 회로를 발견했습니다. 이는 입력 전압에 정비례하는 양방향 출력 전류를 생성합니다.

원래 회로도는 다음과 같습니다.

이 회로에 대해 내가 좋아하는 몇 가지 사항이 있습니다. 첫째, 연산 증폭기와 저항기라는 두 가지 유형의 구성 요소만 필요합니다.

둘째, 연산 증폭기의 부품 번호가 동일합니다. 이 회로는 두 개의 연산 증폭기를 사용하는 반면 Howland 펌프는 하나만 사용하는 것은 사실입니다. 그러나 두 연산 증폭기가 정확히 동일한 부분이 될 수 있다는 사실은 이중 연산 증폭기 IC 패키지를 사용하여 모든 것을 최소화할 수 있기 때문에 유리합니다. 두 번째 연산 증폭기에는 추가 비용이나 보드 공간이 필요합니다.

셋째, 5개의 저항(R2, R3, R4, R5) 중 4개의 저항이 동일한 값을 가질 수 있으며, 그러면 전압-전류 이득은 하나의 저항(R1)에 의해 제어됩니다. R2-R5의 값은 중요하지 않으므로 실험실에 이미 있는 구성 요소나 기존 BOM에 맞게 회로를 조정할 수 있습니다. 그러나 고정밀 저항기는 고정밀 전류원을 생성한다는 점을 명심하십시오.

넷째, 입력전압은 차동이다. 이를 통해 제어 전압을 제공하는 방법에 유연성을 제공하고 접지 아래로 확장되는 제어 전압을 생성할 필요 없이 회로의 양방향 출력 전류 기능을 활용할 수 있습니다.

LTspice 구현을 사용하여 2연산 증폭기 전류 소스를 분석하는 데 도움을 드리겠습니다.

여기서는 LTspice의 "이상적인 단극 연산 증폭기"를 사용하고 있습니다. 처음에 OP-77로 시도했는데 시뮬레이션이 제대로 실행되지 않더군요. LT1001A 연산 증폭기를 사용하고 올바르게 시뮬레이션하는 다른 버전의 회로가 있기 때문에 OP-77 매크로모델에 문제가 있었을 수 있습니다.

정전류 소스 회로는 일반적으로 부하 저항에 관계없이 전압 소스가 지정된 전류를 생성하도록 하는 피드백 유형에 의존합니다. (컬러 센서 프로젝트를 위해 제가 설계한 전압 제어 LED 드라이버에서 이에 대한 간단한 예를 볼 수 있습니다.)

2연산 증폭기 전류 펌프에서 U1은 차동 제어 전압을 증폭하고, U2는 부하 전체의 전압을 감지하여 입력단으로 피드백하는 전압 팔로워로 구성됩니다.

위에 표시된 전압 소스 구성은 +250mV에서 -250mV까지 다양한 차동 입력 전압을 생성합니다. 앱 노트에 제공된 방정식에 따르면 AV = 1이고 R1 = 100Ω이므로 출력 전류는 2.5mA에서 -2.5mA까지 다양해야 하며 이것이 바로 우리가 관찰한 것입니다.