探索LM134系列：多功能恒流源與溫度傳感器的完美結合

在電子工程師的工具箱中，多功能且性能卓越的器件總是備受青睞。今天，我們將深入探討Linear Technology的LM134系列，這是一款集恒流源與溫度傳感器功能于一身的三端器件，在眾多應用場景中展現出了強大的實力。

文件下載：LM334S.pdf

一、LM134系列的核心特性

1. 寬電流范圍與出色調節能力

LM134系列能夠在1μA至10mA的電流水平下穩定工作，通過外部電阻即可輕松設置工作電流。其調節率通常為0.02%/V，端到端電壓范圍可從800mV到40V，為不同的應用提供了廣泛的電壓適應能力。

2. 溫度傳感功能

該系列器件的工作電流與絕對溫度（開爾文）成正比，這使得它成為一種優秀的溫度傳感器。在室溫下，工作電流的溫度依賴性為0.336%/°C，例如，一個工作在298μA的器件，其溫度系數為1μA/°C，且溫度依賴性具有極高的準確性和可重復性。像LM134 - 3、LM234 - 3和LM134 - 6、LM234 - 6等型號，分別在100μA至1mA范圍內被指定為溫度傳感器，其精度分別為±3°C和±6°C。

3. 其他優勢

LM134系列采用標準晶體管封裝，易于安裝和集成。此外，它不會產生反向電流，并且可以通過添加二極管和電阻輕松實現零溫度系數電流源。

二、工作原理剖析

LM134的等效電路中，一個64mV的參考電壓被施加到A1的負輸入端，相對于V - 引腳。A1驅動Q2，使R引腳保持在64mV，與RSET的值無關。晶體管Q1與Q2以17:1的比例匹配，使得從V - 引腳流出的電流始終是流入V + 引腳總電流（ISET）的1/18。ISET的計算公式為： [I{SET}=frac{67.7 mV}{R{SET}}] 這個67.7mV的等效參考電壓與絕對溫度成正比，從絕對零度時的0mV線性增加到298°K（25°C）時的67.7mV，斜率為227μV/°C。

三、關鍵參數解讀

1. 絕對最大額定值

不同型號的LM134系列在V + 到V - 的正向電壓、反向電壓、R引腳到V - 的電壓、設定電流、功耗、工作溫度范圍和存儲溫度范圍等方面有不同的額定值。例如，LM134的V + 到V - 正向電壓最大為40V，而LM134 - 3/LM134 - 6/LM234 - 3/LM234 - 6/LM334的V + 到V - 正向電壓最大為30V。

2. 電氣特性

• 恒流源特性：在不同的設定電流范圍和輸入電壓條件下，設定電流誤差、設定電流與V - 電流的比率、最小工作電壓、設定電流隨輸入電壓的平均變化以及設定電流的溫度依賴性等參數都有明確的規定。例如，在10μA ≤ ISET ≤ 1mA，V + = 2.5V的條件下，LM134的設定電流誤差最大為3%。
• 溫度傳感器特性：對于指定為溫度傳感器的型號，如LM134 - 3、LM234 - 3和LM134 - 6、LM234 - 6，在特定條件下，設定電流誤差、等效溫度誤差、設定電流與V - 電流的比率、最小工作電壓、設定電流隨輸入電壓的平均變化、設定電流的溫度依賴性、等效斜率誤差和有效并聯電容等參數也有相應的指標。

四、典型應用案例

1. 遠程溫度傳感器

利用LM134作為溫度傳感器，通過一個226Ω的電阻將其在25°C時的工作電流設定為298μA，輸出為1μA/°K。電流通過雙絞線傳感器導線流到10k的終端電阻，將電流輸出轉換為相對于地的10mV/°K電壓。通過軟件或硬件轉換，可以將信號轉換為攝氏度刻度。

2. 恒流源應用

在許多電路中，LM134可以作為恒流源使用，為其他元件提供穩定的電流。例如，在一些需要精確電流控制的電路中，它可以確保電路的穩定性和可靠性。

3. 其他應用

LM134系列還可用于冷端補償、雙極差分級的恒定增益偏置、微功率偏置網絡、光電導電池緩沖器、電流限制器等多種應用場景。

五、使用注意事項

1. 電源電壓擺率

當電源電壓擺率超過一定閾值時，LM134可能會出現非線性電流偏移。擺率與ISET成正比，例如，在ISET = 10μA時，最大dv/dt為0.01V/μs；在ISET = 1mA時，極限為1V/μs。不過，超過極限的擺率不會損壞LM134，也不會導致大電流流動。

2. 熱效應

當ISET大于100μA時，內部發熱會對電流調節產生顯著影響。例如，在ISET = 1mA時，LM134兩端每增加1V電壓，在靜止空氣中結溫將升高約0.4°C，從而導致輸出電流變化約0.132%。因此，在直流調節要求嚴格且ISET超過100μA時，必須考慮熱效應。通過對TO - 46封裝或TO - 92引腳進行散熱處理，可以將這種影響降低3倍以上。

3. 并聯電容

在某些應用中，LM134的15pF并聯電容可能需要減小，以解決負載問題或提高電流源的交流輸出阻抗。可以通過使用FET緩沖LM134來實現，這樣可以將電容減小到小于3pF，并至少提高一個數量級的調節性能，同時除最小輸入電壓外的直流特性不受影響。

4. 噪聲

LM134產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載，輸入參考噪聲將增加約12dB。但在許多情況下，這是可以接受的，并且可以構建電壓增益超過2000的單級放大器。

5. 引線電阻

由于決定LM134工作電流的感應電壓小于100mV，因此應盡量減少熱電偶或引線電阻的影響。應將電流設定電阻物理上靠近器件，并盡量避免使用插座。例如，在1mA電流水平下，僅0.7Ω的接觸電阻就會使輸出電流降低1%。

6. 啟動時間

LM134設計用于低至1μA的電流工作，為確保啟動，內部需要提供20nA至200nA的固定涓流。啟動時間取決于這些FET的IDSS和電容C1，電容C1必須充電到約500mV，Q3才會導通以啟動正常電路操作。對于非常低的IDSS值，啟動時間可能長達1.25ms。

六、總結

LM134系列以其寬電流范圍、出色的溫度傳感特性和多種應用場景，成為電子工程師在恒流源和溫度傳感器設計中的理想選擇。在實際應用中，我們需要充分了解其各項參數和特性，注意使用過程中的各種因素，以確保電路的穩定性和可靠性。同時，隨著電子技術的不斷發展，LM134系列也可能會有更多的應用創新和優化。你在使用LM134系列器件時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。