Важным показателем качества всех прецизионных источников постоянного тока является их активное сопротивление. Иными словами, насколько «постоянным» остается их выходной ток при изменении приложенного напряжения? Постоянный и опытный комментатор публикаций раздела Конструкторские идеи Ашутош Сапре любезно измерил этот параметр для одной из моих разработок и поделился своими результатами. Схема, использованная в качестве зеркала тока 4-20 мА, показана на Рисунке 1 и обсуждалась в статье «Объедините два регулятора TL431 для создания универсального токового зеркала» [1].
 | |
| Рисунок 1. | Зеркало тока 4-20 мА с низкой активной составляющей импеданса. |
Ашутош сказал:
«Я испытал схему на Рисунке 2 для отражения тока 4-20 мА, используя резисторы R1 и R2 по 100 Ом и регулятор TL431 (2.5 В). Она работала довольно хорошо. Одна из обнаруженных мною проблем заключалась в том, что выходное сопротивление (di/dv) было довольно низким; при изменении напряжения питания на 20 В наблюдалось нелинейное изменение тока на 40 мкА (если я правильно помню). Возможно, это связано с модуляцией опорного напряжения 2.5 В изменениями катодного напряжения. Это можно компенсировать, но останется некоторая погрешность, обусловленная нелинейностью».
Его наблюдения и анализ были абсолютно верны. В Таблице 6.6 из технического описания микросхемы TL431 указана максимальная погрешность опорного напряжения, составляющая до 2 мВ на вольт изменения напряжения между катодом и анодом, что соответствует посредственной активной составляющей импеданса 20 В/40 мкА = 500 кОм, которую он и наблюдал.
К счастью, существует простое и эффективное решение, которое можно найти на страницах распространенных справочников по схемам токовых зеркал: каскод. На Рисунке 2 показано, как его можно добавить (как D1 + Q2) к Рисунку 1.
 | |
| Рисунок 2. | Каскодная схема D1/Q2 уменьшает ошибку модуляции опорного напряжения, на порядки улучшая активный импеданс. |
Добавленные компоненты позволяют изолировать напряжение катод-анод микросхемы Z1 от колебаний напряжения в узле I2, тем самым поддерживая разность напряжений между катодом и выводом опорного напряжения близкой к нулю и постоянной с точностью до милливольт.
Результирующее уменьшение модуляции опорного напряжения на несколько порядков должно привести к пропорциональному увеличению активной составляющей импеданса.