深入解析LM134/LM234/LM334：多功能三端可調(diào)電流源

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電流源是一個(gè)基礎(chǔ)且關(guān)鍵的元件，廣泛應(yīng)用于各種電路中。今天我們要深入探討的是德州儀器（TI）的LM134/LM234/LM334系列三端可調(diào)電流源，它們以其獨(dú)特的性能和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，成為了工程師們的得力助手。

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一、產(chǎn)品概述

LM134/LM234/LM334是三端可調(diào)電流源，具有10,000:1的寬工作電流范圍，出色的電流調(diào)節(jié)能力，以及1V至40V的寬動(dòng)態(tài)電壓范圍。只需一個(gè)外部電阻即可設(shè)定電流，無(wú)需其他額外元件，初始電流精度為±3%。此外，它們還是真正的浮動(dòng)電流源，無(wú)需單獨(dú)的電源連接。在交流應(yīng)用中，該系列產(chǎn)品還能充當(dāng)整流器和電流源，反向施加高達(dá)20V的電壓時(shí)，僅會(huì)產(chǎn)生幾十微安的電流。

產(chǎn)品特性總結(jié)

• 寬電壓范圍：可在1V至40V的電壓下工作。
• 高精度調(diào)節(jié)：電流調(diào)節(jié)精度達(dá)0.02%/V。
• 可編程電流：可在1μA至10mA的范圍內(nèi)進(jìn)行編程。
• 雙端操作：實(shí)現(xiàn)真正的2端操作。
• 溫度傳感功能：部分型號(hào)可作為溫度傳感器，初始精度為±3%。

二、產(chǎn)品規(guī)格參數(shù)

絕對(duì)最大額定值

熱特性

不同封裝形式的熱阻特性有所不同，例如TO - 92封裝的熱阻（θja）在0.4″引腳時(shí)為180°C/W，0.125″引腳時(shí)為160°C/W。熱特性對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作的電路設(shè)計(jì)至關(guān)重要，工程師需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的封裝。

電氣特性

不同型號(hào)在不同條件下的設(shè)定電流誤差、設(shè)定電流與偏置電流的比率、最小工作電壓等參數(shù)存在差異。例如，在設(shè)定電流為10μA至1mA，V + = 2.5V時(shí)，LM134/LM234的設(shè)定電流誤差最大為6%。這些參數(shù)為工程師在不同應(yīng)用場(chǎng)景下選擇合適的型號(hào)提供了依據(jù)。

三、典型性能特性

文檔中給出了多個(gè)典型性能特性圖，包括輸出阻抗、最大壓擺率、啟動(dòng)特性、瞬態(tài)響應(yīng)、電壓與溫度關(guān)系、電流噪聲等。這些特性圖直觀地展示了產(chǎn)品在不同條件下的性能表現(xiàn)，對(duì)于工程師進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化具有重要的參考價(jià)值。

例如，在壓擺率方面，當(dāng)壓擺率超過(guò)一定閾值時(shí)，LM134可能會(huì)出現(xiàn)非線(xiàn)性電流偏移，且該閾值與設(shè)定電流成正比。在設(shè)定電流為10μA時(shí)，最大dV/dt為0.01V/μs；設(shè)定電流為1mA時(shí)，最大dV/dt為1V/μs。了解這些特性可以幫助工程師避免在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)不必要的問(wèn)題。

四、應(yīng)用提示

計(jì)算RSET

總電流ISET是通過(guò)SET電阻的電流IR和LM134的偏置電流IBIAS之和。通過(guò)典型性能特性圖中給出的ISET與IBIAS的比率關(guān)系，我們可以推導(dǎo)出計(jì)算RSET的公式。對(duì)于大多數(shù)設(shè)定電流，公式可以簡(jiǎn)化為(I{SET }=left(frac{V{R}}{R{SET}}right)(1.059)=frac{227 mu V /^{*} K}{R{SET}})。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，準(zhǔn)確計(jì)算RSET對(duì)于獲得所需的設(shè)定電流至關(guān)重要。

考慮各種影響因素

• 壓擺率：過(guò)高的壓擺率可能導(dǎo)致非線(xiàn)性電流偏移，設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的設(shè)定電流，以避免超出壓擺率閾值。
• 熱效應(yīng)：當(dāng)設(shè)定電流大于100μA時(shí)，內(nèi)部發(fā)熱會(huì)對(duì)電流調(diào)節(jié)產(chǎn)生顯著影響。例如，在設(shè)定電流為1mA時(shí)，LM134兩端每增加1V電壓，結(jié)溫將升高約0.4°C，從而導(dǎo)致電流變化約0.132%。因此，在對(duì)直流調(diào)節(jié)要求較高的應(yīng)用中，必須考慮熱效應(yīng)的影響，可以通過(guò)散熱措施來(lái)降低熱效應(yīng)。
• 并聯(lián)電容：LM134的15pF并聯(lián)電容在某些應(yīng)用中可能會(huì)帶來(lái)問(wèn)題，如負(fù)載問(wèn)題或限制電流源的交流輸出阻抗。此時(shí)，可以通過(guò)使用FET進(jìn)行緩沖來(lái)降低電容至小于3pF，并提高調(diào)節(jié)性能。
• 噪聲：LM134產(chǎn)生的電流噪聲約為晶體管散粒噪聲的4倍。在用作晶體管放大器的有源負(fù)載時(shí)，輸入?yún)⒖荚肼晫⒃黾蛹s12dB。不過(guò)，在許多情況下，這種噪聲增加是可以接受的。
• 引線(xiàn)電阻：由于決定LM134工作電流的感測(cè)電壓小于100mV，因此應(yīng)盡量減小熱電偶或引線(xiàn)電阻的影響。建議將電流設(shè)定電阻靠近器件放置，并盡量避免使用插座。例如，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%。

溫度傳感應(yīng)用

LM134是一種理想的遠(yuǎn)程溫度傳感器，其電流模式操作在長(zhǎng)距離導(dǎo)線(xiàn)傳輸中不會(huì)損失精度。輸出電流與絕對(duì)溫度（開(kāi)爾文）成正比，計(jì)算公式為(I{SET}=frac{(227 mu V / mu K)(1)}{R{SET }})。此外，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，因此只需進(jìn)行增益調(diào)整即可同時(shí)校準(zhǔn)斜率和零點(diǎn)。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（溫度系數(shù)小于20 ppm/°C）。

零溫度系數(shù)電流源應(yīng)用

通過(guò)在標(biāo)準(zhǔn)LM134配置中添加一個(gè)二極管和一個(gè)電阻，可以抵消LM134的溫度相關(guān)特性。該電路利用LM134的正溫度系數(shù)（約 + 0.23 mV/°C）和正向偏置硅二極管的負(fù)溫度系數(shù)（約 - 2.5 mV/°C）進(jìn)行平衡。通過(guò)合理選擇電阻R1和R2的比值，可以使電路的溫度系數(shù)接近零。例如，當(dāng)R2/R1 ≈ 10.0時(shí)，能夠有效消除大部分LM134的溫度系數(shù)。

五、典型應(yīng)用電路

文檔中給出了多種典型應(yīng)用電路，包括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、1.2V參考源等。這些電路展示了LM134/LM234/LM334在不同場(chǎng)景下的具體應(yīng)用，為工程師提供了設(shè)計(jì)思路和參考。

六、封裝與訂購(gòu)信息

該系列產(chǎn)品提供多種封裝形式，如TO - 92、TO、SOIC - 8等，以滿(mǎn)足不同的應(yīng)用需求。在訂購(gòu)時(shí)，需要注意產(chǎn)品的溫度范圍、是否符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)、濕度敏感度等級(jí)（MSL）等信息。例如，LM134H采用TO封裝，工作溫度范圍為 - 55°C至 + 125°C，有RoHS和非RoHS兩種版本可供選擇。

七、總結(jié)

LM134/LM234/LM334系列三端可調(diào)電流源以其寬工作電流范圍、出色的電流調(diào)節(jié)能力、寬動(dòng)態(tài)電壓范圍以及多功能特性，在電子設(shè)計(jì)中具有廣泛的應(yīng)用前景。無(wú)論是作為普通的電流源，還是用于溫度傳感、零溫度系數(shù)電流源等特殊應(yīng)用，都能展現(xiàn)出良好的性能。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和要求，綜合考慮各種因素，合理選擇產(chǎn)品型號(hào)和封裝形式，并注意電路設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)，以充分發(fā)揮該系列產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)。

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