设计目标

设计说明

该单电源、低侧、V-I 转换器向可以连接到比运算放大器电源电压更高的电压的负载提供经过良好调节的电流。该电路接受介于 0V 和 2V 之间的输入电压，将其转换为介于 0mA 和 100mA 之间的电流。通过将低侧电流检测电阻 R₃ 上的压降反馈到运算放大器的反相输入来精确调节电流。

设计说明

1. 需要具有轨到轨输入 (RRI) 或扩展到 GND 的共模电压的器件。
2. R₁ 有助于将放大器与 MOSFET 栅极的容性负载隔离。
3. 反馈元件 R₂ 和 C₁ 提供补偿，可确保输入或负载瞬态期间的稳定性，也有助于降低噪声。R₂ 直接在电流设置电阻器 (R₃) 处提供直流反馈路径，C₁ 提供绕过 MOSFET 的高频反馈路径。
4. 输入偏置电流会流经 R₂，将导致直流误差。因此，与运算放大器的失调电压相比，需确保该误差尽量小。
5. 在线性运行区域内使用运算放大器。线性输出摆幅通常在运算放大器数据表中的 A_OL 测试条件下指定。

设计步骤

1. 确定传递函数。
   ${\text{I}}_{\text{o}}\text{ = }\frac{{\text{V}}_{\text{i}}}{{\text{R}}_{\text{3}}}$
2. 计算检测电阻 R₃。
   ${\text{R}}_{\text{3}}\text{=}\frac{{\text{V}}_{\text{iMax}}{\text{- V}}_{\mathrm{iMin}}}{{\mathrm{I}}_{\text{oMax}}{\text{- I}}_{\text{oMin}}}\text{=}\frac{\text{2V - 0V}}{\text{100mA - 0mA}}\text{= 20Ω}$
3. 计算消耗到检测电阻器 R₃ 的最大功率，确保不超过电阻器的额定功率。
   ${\text{P}}_{{\text{R}}_{\text{3}}}=\frac{{{\text{V}}_{\text{iMax}}}^2}{{\text{R}}_3}\text{=}\frac{{\text{2V}}^2}{\text{20Ω}}\text{= 0.2W}$
4. 参阅设计参考资料部分 [2]，了解在设计过程中如何选择合适的补偿元件（R₁、R₂ 和 C₁）大小。

设计仿真

直流仿真结果

环路稳定性仿真结果

阶跃响应

顺从电压

将输出设置为满量程 (100mA) 并测试最大负载电阻。

设计参考资料

1. 有关 TI 综合电路库的信息，请参阅模拟工程师电路说明书。
2. TI 高精度实验室

设计特色运算放大器

设计备选运算放大器