如何最大程度减少误差呢？选择外部电阻是关键

改进型Howland电流源非常受欢迎，因为它可以驱动接地负载。允许相对较高电流的晶体管可以用MOSFET取代，以便达到更高的电流。这种电流源的精度取决于放大器和电阻，电阻容差又会影响电路的精度……

那么，如何选择外部电阻以最大程度减少误差？请继续往下看

图1. 改进型Howland电流源驱动接地负载

通过对改进型Howland电流源进行分析，可以得出传递函数：

提示1：设置 R2 + R5 = R4

在公式1中，负载电阻影响输出电流，但如果我们设置 R1 = R3 和 R2 + R5 = R4，则方程简化为：

此处的输出电流只是R3, R4和 R5的函数。如果有理想放大器，电阻容差将决定输出电流的精度。

提示2：设置 RL = n × R5

为减少器件库中的总电阻数，请设置 R1 = R2 = R3 = R4。现在，公式1简化为：

如果R5 = RL，则公式进一步简化为：

此处的输出电流仅取决于电阻 R5。

某些情况下，输入信号可能需要衰减。例如，在处理10 V输入信号且 R5 = 100 Ω的情况下，输出电流为100 mA。要获得20 mA的输出电流，请设置R1 = R3 = 5R2 = 5R4。现在，公式1简化为：

如果 RL = 5R5 = 500 Ω, 则：

提示3：R1/R2/R3/R4 的值较大

当R1/R2/R3/R4 的值较大时，可改进电流精度 。大多数情况下，R1 = R2 = R3 = R4，但RL ≠ R5，因此输出电流如公式3所示。例如，在R5 = 100 Ω 且RL = 500 Ω的情况下，图2显示电阻R1与电流精度之间的关系。要达到0.5%的电流精度，R1必须至少为40 kΩ。

图2. R1 与输出电流精度之间的关系

提示4：电阻容差影响电流精度

实际电阻从来都不是理想的，每个电阻都具有指定的容差。图3显示了示例电路，其中 R1 = R2 = R3 = R4 = 100 kΩ, R5 = 100 Ω, 而且RL = 500 Ω。在输入电压设置为0.1 V的情况下，输出电流应该为1 mA。

图3.IOUT = 1 mA的示例电路

表1显示由于不同电阻容差而导致的输出电流误差。

*最差情况输出电流误差(%)与电阻容差(%)

为达到0.5%的电流精度，请为R1/R2/R3/R4选择0.01%的容差，为R5选择0.1%的容差，为RL选择5%的容差。0.01%容差的电阻成本昂贵，因此更好的选择是使用集成差动放大器（例如 AD8276, 它具有更好的电阻匹配，而且更加经济高效）。

在设计改进型Howland电流源时，需要选择外部电阻，使得输出电流不受负载电阻的影响。但是呢，电阻容差又会影响精度，所以必须在精度和成本之间权衡考虑。

此外，放大器的失调电压和失调电流也会影响精度，务必查阅数据手册，确定放大器是否满足电路要求。

来源：亚德诺半导体