LM4041已经问世20多年了。在这几十年里，这款经典器件虽然主要是作为精密可调分流稳压器来使用，但也在其他应用中逐渐崭露头角。这些应用包括电压比较器、过压保护器、电压限制器等等，可以看到都是电压、电压、电压，难道它只能与电压相关吗？这未免有些单调。虽然不得不承认这款广受欢迎的精密芯片相当“成熟”，但它肯定还蕴藏着某些尚未开发的潜力，能够实现一些并非以电压为起点的功能。
图1所示的设计实例(DI)为4041赋予了一个常见、可能有些奇怪的、甚至可能是全新的角色——它是一个精密电流源。
图1：奇怪的是，“CATHODE”用作有源电流源调节的检测引脚。
上面的框图从概念层面展示了4041的工作原理：
源电流=Is=(V+–(Vc+1.24v))/R1
Is>0,V+<15v,Is<20mA
该串联电路从CATHODE引脚上的外部电压输入中减去内部1.24V精密基准电压。内部运算放大器将减去FB引脚上的电压输入，然后将结果放大并施加到传输晶体管。如果结果为正值[(V+–1.24)>Vc]，传输晶体管将导通并将电流从CATHODE分流至ANODE。否则，传输晶体管将关闭。
当4041以传统方式连接时(FB连接至CATHODE，ANODE接地)，该方案的工作原理类似于分流稳压器，强制CATHODE达到内部1.24V参考电压。但是，如果FB引脚连接到恒定控制电压[Vc<(V+–1.24v)]，并且CATHODE(而不是连接至FB)自由悬空在电流检测电阻R1上，会发生什么情况？
实际上，是电流被调节而不是电压。由于Vc是固定的，无法上拉以使FB=CATHODE-1.24，因此必须下拉CATHODE直到达到平衡。为了实现这一点，必须通过一个预设电流Is，其公式如下：
Is=(V+-(Vc-1.24))/R1
图2说明了如何使用这种关系(假设5V电源轨精度足够)来使浮动CATHODE 4041调节恒定电流源：
Is=(5v-2.5-1.23)/R1=1.27v/R1
它还说明了如何添加一个升压晶体管Q1，以满足需要电流或功率超出Z1一定限值的应用。需要注意的是，Z1的精度不会受到影响，因为无论Q1导致Is的分流比例是多少，Z1都会在流经R1之前被重新叠加回来。
图2：升压晶体管Q1可以处理超过4041最大Is和功率限值的电流。
图3显示了如何使用PWM对Is进行数字线性编程。
图3：Is的DAC控制原理图。Is=Df安培，其中Df=PWM占空比。标有星号的电阻应为1%或更高。
输入的5Vpp、10kHz PWM使Q2切换R5，产生一个可变的平均电阻=R5/Df。由于Z1的基准电压为2.5V，因此有0至1.22mA的电流流入Q1的源极。该电流与来自R4的1.22mA恒定偏置电流相加，并经Q1进行电平转换，从而为电流源Z2提供1.22至2.44V的控制电压Vc。
最终得到一个线性的0至1A输出电流Is，流入接地负载，其中Is=Df安培，电压范围为0至12V。
R3C1提供第一级纹波滤波，R7C2提供第二级纹波滤波。图中所示的C1和C2值是根据Fpwm=10kHz进行缩放，以实现8位分辨率下6ms的建立时间。如果使用不同的PWM频率，则两个电容的值均按10kHz/Fpwm进行缩放。
还有就是Q4可能需要耗散超过10W的功率，因此不要吝惜散热器容量。
Q3具有安全关断功能。当+5V电压降至3V以下时，它会切断Q1栅极驱动，从而关闭电流源，并在控制器逻辑断电时保护负载。
图4增加了可调零和跨度电位器以实现单次校准，来获得最佳精度：
图4：额外的可调零和跨度电位器，用于实施单次校准以获得最佳精度。
(原文刊登于EDN美国版，参考链接：LM4041 voltage regulator impersonates precision current source，由Ricardo Xie编译)
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