Не пропусти. Будь в курсе
Ваш e-mail: *
Ваше имя: *




Рейтинг@Mail.ru
Источник тока, продолжение. Начало здесь.

Источник тока, управляемый напряжением (ИТУН)

Схема источника тока на операционном усилителе со следящей
обратной связью


Рассматриваемые ниже источники тока являются ИТУНами, т.к. выходной ток задается управляющим опорным напряжением. Регулируя опорное напряжение, вы сможете управлять выходным током.

Источник тока на операционном усилителе
Беда рассмотренных ранее источников заключается в том, что их мало "интересует", что творится с током в нагрузке. Они являются устройствами сами в себе: выдали ток, а там хоть "трава не расти". В отличие от этого, приведенная схема на операционном усилителе предназначена для генерации стабильного тока для светодиодов, и она очень внимательно отслеживает все изменения тока в нагрузке.

источник тока на операционном усилителе Ток, протекающий через нагрузку, создает падение напряжения на Rэт, которое сравнивается с опорным напряжением на VD1. Разность между ними усиливается с помощью ОУ DA1 и подается на нагрузку из светодиодов VD2, VD3. Описанный путь является цепью отрицательной обратной связи ОУ, т.к. увеличение тока в нагрузке вызывает увеличение напряжения на эталонном резисторе, что приводит к уменьшению выходного напряжения и возвращению тока нагрузки к прежнему значению.

Разберем, почему эта схема может с высокой точностью поддерживать ток в нагрузке. Примем: Rэт =100 Ом, Iн =10 мА, коэффициент усиления ОУ Кu=10000. Не вдаваясь в глубокие математические выкладки, оценим величину коррекции, вносимую ОУ. Пусть изменение (увеличение) тока нагрузки составило 10* e-6 А (1мкА). Прирост входного напряжения равен ∆Uвх=10* е-6 * 100= 10* е-4В. Выходное напряжение уменьшится на ∆Uвых = ∆Uвх * Кu = 1 В.

Это изменение выходного напряжения вызовет теперь уже уменьшение тока нагрузки на ∆Uвых/Rэт = 10* е-2 А. Т.е. увеличение тока нагрузки на 1 мкА вызывает через ОУ его же уменьшение на 10 мА, т.е. в Кu =10000 большее. У входного тока (Iн) нет никаких шансов противостоять управляющему выходному напряжению ОУ.
Таким образом, ОУ подавляет изменение входного напряжения (на Rэт) в Кu раз, в нашем случае - 10000.
Регулировать ток в нагрузке можно либо подбором Rэт, или изменением опорного напряжения, например, поставить переменный резистор параллельно VD1.

Источник тока с усилителем на транзисторе

источник тока с усилителем мощности Схема источника тока на ОУ имеет небольшую нагрузочную способность, ограниченную максимальным током ОУ. Для увеличения нагрузочного тока можно применить более мощный операционный усилитель или поставить на выходе усилитель тока. Обратная связь снимается с эмиттера транзистора. Ток нагрузки рассчитывается по формуле Iн = Uvd1/Rэ.
Отмечу, что температурная нестабильность базового перехода здесь исключена, т.к. транзистор включен в цепь общей отрицательной связи.
Приведенные схемы на операционных усилителях в своей основе являются преобразователями напряжения в ток. Они преобразуют напряжение опорного источника в ток нагрузки.

Рассмотрим еще одну схему на эту тему, использующую взаимные преобразования тока и напряжения.

Сумматор на операционном усилителе

сумматор на операционном усилителе Приведенная схема суммирует сигналы от двух источников, но их может быть любое число. Для каждого отдельно взятого источника коэффициент передачи по напряжению равен 1.
Для соблюдения этого условия внутренние сопротивления источников сигнала должны быть значительно меньше R. На выходе усилителя мы получаем суммарный сигнал.

Потенциал инвертирующего входа практически равен потенциалу неинвертирующего входа, т.е. 0. Поэтому инвертирующий вход является виртуальной землей (нулем). Это дает возможность токам источников сигнала (Ic = Uг /R) независимо друг от друга втекать в эту точку и затем преобразовываться в выходное напряжение Uвых = Ic * R.
В этом сумматоре напряжения источника сигнала преобразуется в ток, затем этот ток преобразуется в выходное напряжение.

Усилитель тока для фотодиода

усилитель для фотодиода Примером преобразователя ток в напряжение может послужить усилитель сигнала для фотодиода. Фотодиод можно включить двумя способами:
- как источник напряжения без вспомогательного источника питания;
- как источник тока (фотодиодный режим) с внешним источником питания.
На приведенной схеме показан второй способ, т.к. он обладает большим быстродействием. Видно, что фотодиод подключен к источнику питания так, что он оказывается запертым.
На инвертирующем входе поддерживается нулевой потенциал, т.к. неинвертирующий вход подключен к общему проводу.
При освещении фотодиода через него протекает ток пропорциональный световому потоку. Напряжение на выходе усилителя составит Uвых = Iф * R1, т.е. для фотодиода R1 является просто нагрузочным сопротивлением. К примеру, при входном фототоке 1 мкА и резисторе обратной связи 1мОм получим выходной сигнал 1 В.

Такой же результат мы могли получить, если последовательно с диодом включить резистор и с него снимать выходное напряжение. Но так делать не рекомендуется, т.к. при большом номинале резистора и некоторой собственной ёмкости фотодиода быстродействие получится слишком низким.

При таком способе включения ОУ имитируется короткое замыкания нагрузки фотодиода, т.е. фотодиод "считает", что выходное напряжение отсутствует.

При отсутствии освещённости через фотодиод протекает некоторый ток (темновой ток). Для его компенсации на инвертирующий вход можно через резистор от отрицательного питания подать ток смещения, который следует подбирать индивидуально.


Литература:
1. Л.А. Бессонов. Теоретические основы электротехники;
2. У.Титце, К. Шенк. Полупроводниковая схемотехника.

Источник тока на операционном усилителе.
Сумматор. Усилитель для фотодиода. Внутреннее сопротивление источника тока.