|采用LTspice来分析精密电流泵的性能
【|采用LTspice来分析精密电流泵的性能】
在本文中 ， 我们将使用模拟来评估基于运算放大器的电流源的性能的重要方面 。
下面是示意图：
本文插图
图、精密电流泵（电流源）的示意图 ，图片由ADI提供
本文将会介绍这种拓扑的LTspice实现 ， 我们将讲解基本的仿真结果 。然而 ， 我想知道更多关于这个电路 ， 特别是它因为什么而被描述为精密电流泵 。我们真的能从这个电路中得到什么样的精度？
在本文中 ， 我们将用LTspice执行仿真模拟 ， 以回答三个问题 。
理想条件下输出电流有多精确？
输出电流的精度如何受负载变化的影响？
当考虑电阻容差时 ， 典型的和最坏的精度是什么？
基线精度
这是我们将用于首次仿真模拟的电路：
本文插图
图、仿真原理图
上面的仿真原理图中施加在差分输入级上的电压在100ms间隔内从-250mV变化到250mV 。输入电压与输出电流的关系公式告诉我们 ， 流过负载的电流应该是VIN/100 。
为了了解所产生的负载电流与理论预测的匹配程度 ， 我们将绘制仿真模拟的负载电流与数学计算的负载电流之间的差异 。
本文插图
图、负载电流以及负载电流与理论计算之间差异
从上图可以看出误差极小 ， 同时该误差的大小与负载电流的大小成比例变化 。
负载调节（Load Regulation）
当我们谈论电压调节器（即电压源）时 ， 负载调节是指电压调节器在负载电阻变化的情况下保持恒定电压的能力 。我们可以将同样的概念应用于电流源：对于不同的RLOAD值 ， 电路保持指定的输出电流的状况有多好？
对于这个仿真模拟 ， 我们将提供250mV的固定输入电压 ， 我们将使用一个“步进（step）”指令 ， 观察负载电阻从1Ω变化到1000Ω时电流源的输出电流 。
LTspice中的“测量（measure）”指令允许我们绘制误差与步进参数（即负载电阻）之间的关系 ， 而不是与时间的关系；这是通过打开错误日志（error log）(View -> SPICE Error Log)、单击右键和选择“Plot .step’ed .meas data”来实现的 。 仿真原理图如下：
本文插图
图、仿真原理图
本文插图
图、仿真结果
对于较大的负载电阻 ， 输出电流误差确实显著增加-从大约5nA增加到18nA 。然而 ， 18nA仍然是一个很小的错误 。
如果我们用一个宏模型来代替理想的运算放大器组件 ， 以更加接近实际运算放大器的性能 ， 那么负载调节将会改变多少电流误差呢？ 让我们来看看这个问题 。
本文插图
图、仿真结果
本文插图
图、仿真结果
输出误差的变化百分比相当相似 。在第一次仿真中 ， 在负载电阻范围内 ， 误差增加了16倍左右 。在第二次模拟中 ， 我使用宏模型作为LT1001A ， 它增加了12倍左右 。
有趣的是 ， LT1001A的性能优于LTspice“理想单极运算放大器”-误差的大小在整个范围内要低得多 ， 相对于负载电阻 ， 误差更稳定 。
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