Источники тока на операционных усилителях
Схемы управляемых напряжением генераторов тока на ОУ, а также на ОУ с умощняющими каскадами на транзисторах
Продолжаем тематический вечер, посвящённый схемотехническим исследованиям генераторов стабильного тока, источников тока и иже с ними –
стабилизаторов тока.
В повестке дня нашего сегодняшнего радиолюбительского заседания обозначены следующие мероприятия: викторина «Угадай радиодетальку»,
а также обсуждение различных схем источников (генераторов) тока, выполненных на интегральном операционном усилителе
(в простонародье ОУ).
Базовые схемы генераторов тока на операционных усилителях мы бегло рассмотрели на предыдущей странице вместе с транзисторными источниками.
Повторим пройденный материал.
Рис.1 Схемы источников тока на операционных усилителях
Генераторы тока, изображённые на Рис.1 (инвертирующий слева, неинвертирующий справа) – вполне себе работоспособные устройства,
которые являются близкими аналогами идеальных источников тока, и практически лишены недостатков, присущих транзисторным схемам.
Ток через нагрузку с достаточно высокой точностью описывается формулой
Iн≈ Uвх/R1.
При включении в качестве Rн конденсатора приведённые схемы широким фронтом эксплуатируются в формирователях треугольного
и пилообразного напряжений.
В отдельных случаях существенным недостатком источников тока, изображённых на Рис.1, является «плавающая», т. е. не подключённая
никаким боком к земле или питанию нагрузка. К тому же, по большей части, операционный усилитель не может обеспечить значительных
величин токов, поступающих в нагрузку.
Рассмотрим схемы источников тока на ОУ, не имеющих этих недостатков.
Как правило, для получения устойчивого положительного результата,
к операционному усилителю присовокупляется дополнительный выходной каскад на биполярном или полевом транзисторе.
Рис.2 Схемы источников тока на ОУ и выходным каскадом на транзисторе
На Рис.2 приведены схемы генераторов тока на ОУ с выходными каскадами на биполярном либо полевом транзисторе и нагрузкой,
подключаемой к шине питания.
Пренебрегая входным током ОУ и конечным коэффициентом усиления транзистора, выходной ток составит всё ту же
величину Iн≈ Uвх/R1.
На самом деле, коэффициент усиления биполярного транзистора имеет конечное значение, а полная формула тока нагрузки выглядит
следующим образом: Iн= Uвх×β/[R1(1+β)].
Это обуславливает некоторую нестабильность выходного тока при изменении сопротивления нагрузки за счёт проявления
эффекта Эрли (эффект влияния напряжения между коллектором и базой на величину коэффициента передачи тока транзистора).
Проявления этой нестабильности можно уменьшить, если в качестве простого биполярного транзистора использовать составной либо полевой транзистор.
Особенность схем источников тока, показанных на Рис.2, состоит в том, что нагрузка подключается к шине питания.
Рис.3 Схемы источников тока на ОУ с заземлённой нагрузкой
На Рис.3 приведены источники тока с заземлённой нагрузкой.
Выходной ток здесь описывается уже другой формулой: Iн≈ (Еп-Uвх)/R1.
Подобная зависимость выходного тока от управляющего напряжения не всегда удобна в практических разработках, поэтому для устранения этого
недостатка к схеме можно присовокупить дополнительный преобразователь уровня.
Рис.4 Схема источника тока на двух ОУ
Здесь первый операционник с транзистором n-p-n структуры служит для преобразования уровня входного управляющего напряжения Uвх
в значение Eп-Uвх.
Rпр1 и Rпр2, как правило, выбираются одного номинала, величина которого рассчитывается, исходя из входного сопротивления второго
ОУ, а также из соображений приемлемого быстродействия при работе источника тока в динамическом режиме (т.е. при подаче на вход
импульсного сигнала управления).
Ну и ясен шпунтубель, что всё наше усердие было направлено на получение удобной зависимости
Iн≈ Uвх/R1, а для повышения выходного сопротивления источника тока вместо
простого биполярного выходного транзистора следует включить составной или полевой транзистор.
|