如何选择外部电阻以最大程度减少误差

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 R_L = 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 = R_L，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 R_L = 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R_L ≠ R₅，因此输出电流如公式3所示。例如，在R₅ = 100 Ω 且R_L = 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R_L = 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.I_OUT = 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R_L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。