深入剖析LM134/LM234/LM334：多功能三端可調(diào)電流源的應(yīng)用與特性

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電流源是一個(gè)基礎(chǔ)且關(guān)鍵的組件，而TI的LM134/LM234/LM334三端可調(diào)電流源以其獨(dú)特的性能和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，成為眾多工程師的首選。今天，我們就來深入探討一下這三款器件。

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一、產(chǎn)品特性概述

1. 寬電壓與電流范圍

LM134/LM234/LM334可在1V至40V的電壓范圍內(nèi)工作，能提供從1μA到10mA的可編程電流。這一特性使得它們?cè)诓煌?a target="_blank">電源電壓和負(fù)載電流需求下都能穩(wěn)定工作，具有很強(qiáng)的通用性。

2. 出色的電流調(diào)節(jié)能力

具備0.02%/V的電流調(diào)節(jié)率，能夠在電壓變化時(shí)保持輸出電流的穩(wěn)定，為對(duì)電流精度要求較高的電路提供可靠的支持。

3. 真兩端操作與溫度傳感功能

它們是真正的浮動(dòng)電流源，無需單獨(dú)的電源連接。同時(shí)，還可作為完全指定的溫度傳感器使用，初始精度可達(dá)±3%，能滿足許多溫度測(cè)量和控制的應(yīng)用需求。

二、電氣特性詳解

1. 絕對(duì)最大額定值

在使用這些器件時(shí)，必須注意其絕對(duì)最大額定值。例如，LM134/LM234/LM334的V + 至V - 正向電壓最大為40V，反向電壓最大為20V；而LM234 - 3/LM234 - 6的V + 至V - 正向電壓最大為30V。另外，設(shè)置電流最大為10mA，功率耗散最大為400mW。超出這些額定值可能會(huì)導(dǎo)致器件損壞，因此在設(shè)計(jì)電路時(shí)要嚴(yán)格遵守。

2. 電氣參數(shù)

從這些參數(shù)中可以看出，不同型號(hào)在不同電流設(shè)置下的性能有所差異，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景來選擇合適的型號(hào)。

三、典型性能特性

文檔中給出了多個(gè)典型性能特性曲線，包括輸出阻抗、最大壓擺率、啟動(dòng)特性、瞬態(tài)響應(yīng)等。這些曲線直觀地展示了器件在不同工作條件下的性能表現(xiàn)。例如，輸出阻抗曲線可以幫助工程師了解器件在不同頻率下的阻抗變化，從而優(yōu)化電路的穩(wěn)定性和信號(hào)傳輸質(zhì)量。大家在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)這些曲線來預(yù)測(cè)器件的性能，避免出現(xiàn)意外的問題。

四、應(yīng)用提示與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 計(jì)算RSET電阻

總電流ISET是通過SET電阻的電流IR和LM134的偏置電流IBIAS之和。在實(shí)際計(jì)算中，可以根據(jù)公式(I{SET }=left(frac{V{R}}{R{SET }}right)left(frac{n}{n - 1}right))來確定RSET的值，其中n是ISET與IBIAS的比值。對(duì)于大多數(shù)設(shè)置電流，當(dāng)n約為18時(shí)，公式可進(jìn)一步簡化為(I{SET }=left(frac{V{R}}{R{SET}}right)(1.059)=frac{227 mu V /^{circ} K}{R_{SET}}) 。

2. 壓擺率

當(dāng)壓擺率超過一定閾值時(shí)，LM134可能會(huì)出現(xiàn)非線性電流偏移。這種偏移的產(chǎn)生與設(shè)置電流ISET成正比，例如在ISET = 10μA時(shí)，最大dV/dt為0.01V/μs；而在ISET = 1mA時(shí)，該極限值為1V/μs。不過，即使壓擺率超過極限，也不會(huì)對(duì)LM134造成損害，也不會(huì)引發(fā)大電流流動(dòng)的情況。因此，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際的信號(hào)變化速率來選擇合適的設(shè)置電流，以避免出現(xiàn)非線性問題。

3. 熱效應(yīng)

當(dāng)ISET大于100μA時(shí)，內(nèi)部加熱會(huì)對(duì)電流調(diào)節(jié)產(chǎn)生顯著影響。每增加1V的電壓，在ISET = 1mA的情況下，結(jié)溫大約會(huì)升高0.4°C。由于輸出電流ISET的溫度系數(shù)約為0.33%/°C，因此溫度升高導(dǎo)致的電流變化為0.132%，相比真正的電氣效應(yīng)，這會(huì)使調(diào)節(jié)性能降低10倍。在對(duì)直流調(diào)節(jié)要求嚴(yán)格且ISET超過100μA的情況下，必須考慮熱效應(yīng)。通過對(duì)TO封裝或TO - 92引腳進(jìn)行散熱處理，可將這種影響降低3倍以上。那么，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，你會(huì)采用哪些具體的散熱措施呢？

4. 并聯(lián)電容

LM134的15pF并聯(lián)電容在某些應(yīng)用中可能需要降低，可通過使用FET緩沖器來實(shí)現(xiàn)，這樣能將電容降低到小于3pF，并至少提高一個(gè)數(shù)量級(jí)的調(diào)節(jié)精度，且除最小輸入電壓外，直流特性不受影響。

5. 噪聲

LM134產(chǎn)生的電流噪聲約為晶體管散粒噪聲的4倍。如果將其用作晶體管放大器的有源負(fù)載，輸入?yún)⒖荚肼晫⒃黾蛹s12dB。但在許多情況下，這是可以接受的，并且可以構(gòu)建電壓增益超過2000的單級(jí)放大器。

6. 引線電阻

由于確定LM134工作電流的感應(yīng)電壓小于100mV，因此應(yīng)盡量減小熱電偶或引線電阻的影響，將電流設(shè)置電阻盡量靠近器件放置，并盡量避免使用插座。在1mA的電流水平下，僅0.7Ω的接觸電阻就會(huì)使輸出電流降低1%。

7. 溫度傳感

LM134是理想的遠(yuǎn)程溫度傳感器，其電流模式操作在長線傳輸中不會(huì)損失精度。輸出電流與絕對(duì)溫度成正比，可根據(jù)公式(I{SET}=frac{(227 mu V / mu K)(1)}{R{SET }})進(jìn)行計(jì)算。而且，由于大部分初始誤差是由增益項(xiàng)（斜率誤差）而非偏移引起的，因此校準(zhǔn)過程大大簡化，只需進(jìn)行增益調(diào)整即可同時(shí)修正斜率和零點(diǎn)。不過，為了保持精度，RSET應(yīng)使用低溫度系數(shù)的電阻，如金屬膜電阻或線繞電阻。

五、零溫度系數(shù)電流源應(yīng)用

通過在標(biāo)準(zhǔn)LM134配置中添加一個(gè)二極管和一個(gè)電阻，可以消除LM134的溫度相關(guān)特性，實(shí)現(xiàn)零溫度系數(shù)電流源。具體來說，該電路利用了LM134約+0.23mV/°C的正溫度系數(shù)與正向偏置硅二極管約 - 2.5mV/°C的負(fù)溫度系數(shù)實(shí)現(xiàn)平衡。大家可以思考一下，在實(shí)際應(yīng)用中，選擇不同特性的二極管會(huì)對(duì)電路性能產(chǎn)生怎樣的影響呢？

1. 計(jì)算電阻比值

為了最小化電路的溫度系數(shù)，需要根據(jù)公式(frac{R{2}}{R{1}} approx frac{2.5 mV /^{circ} C-227 mu V /^{circ} C}{227 mu V /^{circ} C} approx 10.0)來確定R1和R2的比值。

2. 確定電阻值

確定R1和R2的比值后，可以根據(jù)所需的設(shè)置電流來確定它們的具體值。例如，在T = 25°C時(shí)，設(shè)置電流的計(jì)算公式為(I{SET }=frac{V{R}}{R{1}}+frac{V{R}+V{D}}{R{2}}) 。假設(shè)二極管的正向電壓降VD為0.6V，R1上的電壓為67.7mV，且R2 / R1 = 10，則可計(jì)算出設(shè)置電流。

3. 電路調(diào)整與優(yōu)化

該電路即使對(duì)二極管特性的估計(jì)不準(zhǔn)確，也能有較好的表現(xiàn)。但為了獲得最低的溫度系數(shù)，需要在不同溫度下對(duì)電路進(jìn)行測(cè)試和調(diào)整。如果測(cè)量得到的設(shè)置電流溫度系數(shù)為正，則應(yīng)減小R2；如果為負(fù)，則應(yīng)增大R2。推薦使用1N457二極管，因?yàn)槠錅囟认禂?shù)約為LM134的11倍，可使R2 = 10R1。

六、典型應(yīng)用案例

文檔中給出了多種典型應(yīng)用電路，如接地參考華氏溫度計(jì)、遠(yuǎn)程傳感器電壓輸出終端、低輸出阻抗溫度計(jì)、斜坡發(fā)生器、低輸入電壓參考驅(qū)動(dòng)器等。這些電路展示了LM134/LM234/LM334在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，為工程師提供了豐富的設(shè)計(jì)思路。在實(shí)際應(yīng)用中，你可以根據(jù)具體需求對(duì)這些電路進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮蛢?yōu)化。

七、總結(jié)

LM134/LM234/LM334三端可調(diào)電流源以其優(yōu)異的性能和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，為電子工程師提供了強(qiáng)大的工具。在設(shè)計(jì)過程中，我們需要深入了解其特性和參數(shù)，充分考慮各種因素的影響，如熱效應(yīng)、噪聲、引線電阻等。通過合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，能夠充分發(fā)揮這些器件的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高性能、高可靠性的電路設(shè)計(jì)。大家在使用這些器件時(shí)，有沒有遇到過一些獨(dú)特的問題或有趣的解決方案呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享！