1 分立式改进型 Howland 电流泵 – 设计 1

#GUID-A2D32AA4-A90E-49BA-8E40-6708748252A6 展示了改进型 Howland 电流泵的基本配置，其中使用了一个运算放大器、五个分立式电阻器和一个电阻负载 R_load。流经负载的电流 (I_load) 可以通过#GUID-573B0A03-C43B-458A-ADCA-DFD01C422A3D 计算得出。

Equation1.

Equation2.

在理想的改进型 Howland 电流泵中，电阻器 R4 有时设为等于 R2 - Rs，这会稍稍改变正环路中的反馈，从而产生预期的电流值。考虑到可供选择的标准电阻器值及其容差，此设计的实用性有限。如需更加详细地了解改进型 Howland 电流泵理想设计的功能，可访问GUID-2CBE2D35-D257-4892-8B5D-488525DB7832.html#GUID-06D6365E-3B22-4914-AE24-BC1D4DB6C2F2一节中提供的链接。#GUID-E80380A8-B890-4499-A613-009576A1BE7C 展示了设计 1 的示例，以及使用经修改的 R4 电阻器时对应的结果。该电流专为采用理想器件（通过 5V 输入电压差提供 10mA 输出电流）而设计。

优势：该配置的一项优势是，能够自由地选择增益值 (G) 并最终设计为通过改变 V_shunt 电压来提供输出裕量（最大输出电压摆幅或依从范围）。这是因为该电路中的所有电阻器都是以分立形式选择的。另一项优势是能够根据应用的具体设计要求（例如尺寸、功率和电源电压）来选择适当的运算放大器。该设计的最后一项优势是只需一个运算放大器。

劣势：该配置的一个缺点是 I_feedback 电流会影响 I_load 电流而产生误差。理想的电流源具有无穷大的输出阻抗；不过，该配置输出阻抗有限，由两个串联的反馈电阻器 (R3+R4) 确定。这会导致 I_load 中存在显著的误差，当设计中不使用经修改的 R4 电阻器时，该误差会更为明显。

为了更大限度地减少 I_feedback 导致的误差，应当为反馈路径选择值更大的电阻器，而这将导致电流源的输出阻抗增加。这样的代价是更大的电阻器值会导致更多的热噪声。大电阻和电路中的寄生电容可能导致的带宽限制和稳定性问题也会变得更为普遍。若要详细了解噪声和稳定性，可以访问GUID-2CBE2D35-D257-4892-8B5D-488525DB7832.html#GUID-06D6365E-3B22-4914-AE24-BC1D4DB6C2F2一节中提供的 TI 高精度实验室系列视频链接。

该配置的另一个缺点来自于反馈网络中以分立形式选择的电阻器。使用具有 0.1% 容差的电阻器进行分立构建的情况最差，对应的 CMRR 值约为 60dB，这对于精密应用来说过低。有关匹配电阻器重要性的更多信息，可以访问GUID-2CBE2D35-D257-4892-8B5D-488525DB7832.html#GUID-06D6365E-3B22-4914-AE24-BC1D4DB6C2F2一节中提供的链接。这种电阻器不匹配还会在设计中导致增益误差，进而增加总体误差。对于该配置的分立式版本，最后一个注意事项是考虑差分放大器使用外部电阻器时所需的 PC 布板空间。