設計目標

設計說明

該單電源、低側、V-I 轉換器向可以連接到比運算放大器電源電壓更高的電壓的負載提供經過良好調節的電流。該電路接受介于 0V 和 2V 之間的輸入電壓，將其轉換為介于 0mA 和 100mA 之間的電流。通過將低側電流檢測電阻 R₃ 上的壓降反饋到運算放大器的反相輸入來精確調節電流。

設計說明

1. 需要具有軌到軌輸入 (RRI) 或擴展到 GND 的共模電壓的器件。
2. R₁ 有助于將放大器與 MOSFET 柵極的容性負載隔離。
3. 反饋元件 R₂ 和 C₁ 提供補償，可確保輸入或負載瞬態期間的穩定性，也有助于降低噪聲。R₂ 直接在電流設置電阻器 (R₃) 處提供直流反饋路徑，C₁ 提供繞過 MOSFET 的高頻反饋路徑。
4. 輸入偏置電流會流經 R₂，將導致直流誤差。因此，與運算放大器的失調電壓相比，需確保該誤差盡量小。
5. 在線性運行區域內使用運算放大器。線性輸出擺幅通常在運算放大器數據表中的 A_OL 測試條件下指定。

設計步驟

1. 確定傳遞函數。
   ${\text{I}}_{\text{o}}\text{ = }\frac{{\text{V}}_{\text{i}}}{{\text{R}}_{\text{3}}}$
2. 計算檢測電阻 R₃。
   ${\text{R}}_{\text{3}}\text{=}\frac{{\text{V}}_{\text{iMax}}{\text{- V}}_{\mathrm{iMin}}}{{\mathrm{I}}_{\text{oMax}}{\text{- I}}_{\text{oMin}}}\text{=}\frac{\text{2V - 0V}}{\text{100mA - 0mA}}\text{= 20?}$
3. 計算消耗到檢測電阻器 R₃ 的最大功率，確保不超過電阻器的額定功率。
   ${\text{P}}_{{\text{R}}_{\text{3}}}=\frac{{{\text{V}}_{\text{iMax}}}^2}{{\text{R}}_3}\text{=}\frac{{\text{2V}}^2}{\text{20?}}\text{= 0.2W}$
4. 參閱設計參考資料部分 [2]，了解在設計過程中如何選擇合適的補償元件（R₁、R₂ 和 C₁）大小。

設計仿真

直流仿真結果

環路穩定性仿真結果

階躍響應

順從電壓

將輸出設置為滿量程 (100mA) 并測試最大負載電阻。

設計參考資料

1. 有關 TI 綜合電路庫的信息，請參閱模擬工程師電路說明書。
2. TI 高精度實驗室

設計特色運算放大器

設計備選運算放大器