建立精密的直流浮动电流源

尽管有源滤波器的理论家和设计者都对GIC（通用阻抗变换器）非常熟悉，但一般模拟人员对它并不了解。一个单端口有源电路一般包括低成本运放、电阻和电容，GIC将容抗转换为感抗，因而可以替代滤波器中以RLC传输函数描述的电感。另外，GIC输入阻抗方程的灵活性允许进行虚拟阻抗的设计，这在实际元器件中是不存在的，例如依赖频率的电阻。GIC是30年前推出的，已广泛应用于交流电路和有源滤波电路。 　　图1是一个经典的GIC电路，它的输入阻抗ZIN依赖于阻抗Z1至Z5的性质。下式描述了该电路的输入阻抗： 图 1 ，一种经典的通用阻抗变换器，在VIN处提供一个单端阻抗。为简明起见，图中省略了电源连接。 　　例如，如果 Z1、Z2、Z3和Z5分别为电阻R1、R2、R3和R5，而Z4为电容C4，则输入阻抗 ZIN 将作为一个LIN的虚拟电感出现： 　　图 2 是直流配置下的GIC 电路。当考虑将GIC电路用于纯直流环境中时，可以设想一些新的应用。例如，可以用纯电阻R1至R5替换阻抗Z1至Z5。将一个精密的温度与时间稳定的直流基准电压连接到输入端口，就可代替一个交流输入电压源。用理想运放对IC1和IC2进行简单电路分析表明，基准输入电压VREF出现在电阻R5上，如下式所示，R5上流过恒定电流IO。 图 2， 用电阻替换所有 GIC 阻抗，即构成一个恒流源。 　　但是，运放IC2的非反相输入会从R4和R5的连接处分流少量电流，因此IO也会流经R4。为R1、R2和R3选择较大的值有助于减少从基准电压吸取的电流。例如，电路可以为R4提供2mA至10 mA电流，而只从基准源吸取几十微安的电流。VREF和R5应使用高容错、低漂移的元件，以保证IO的稳定。它的应用包括为惠斯登电桥和铂传感器提供恒流驱动。另外，可以串联电阻性传感器代替R4，构成一个安德森(Anderson)回路。