Efaster - быстрый поиск электронных компонентов

Двухвыводной прецизионный источник тока с широким рабочим диапазоном

Прецизионные источники тока – интересная задача аналогового проектирования. Существует множество хороших схем, но большинство из них – трехвыводные, которые можно использовать как источник положительной (см. Рисунок 1) или отрицательной (Рисунок 2) полярности, но не обеих одновременно с помощью одной и той же схемы.

Технические особенности и перспективы применения SiC-модулей вместо IGBT


Рисунок 1.	Типичный трехвыводной [источник питания (ИП), земля и нагрузка] прецизионный источник положительного тока, обеспечивающий точность 1% или лучше. Выходной ток составляет 1.24 В/R2.



Рисунок 2.	*Типичный трехвыводной источник отрицательного тока.*

Существуют двухпроводные схемы, преимуществом которых является возможность любой полярности подключения. Некоторые из них просты и недороги, но несколько ограничены в плане характеристик. Классический пример показан на Рисунке 3.


Рисунок 3.	Классический, описанный в учебниках, двухвыводной источник втекающего/вытекающего тока, где 40 В > (V+ – V-) > 4.5 В.

Удивительно, но эта старая, но проверенная временем схема состоит всего из двух стандартных компонентов, один из которых – программирующий ее единственный резистор (R1). Его основным ограничением является (консервативный) минимальный выходной ток 10 мА.

Выходной ток должен быть не меньше 10 мА и не больше 1.5 А. Точность (при идеальном R1) составляет ±2%.

Из других новостей – недавно опубликованная оригинальная и элегантно простая схема высококачественного двухвыводного источника тока, предложенная Кристофером Полом. Схема Кристофера Пола значительно улучшает точность и нечувствительность к напряжению. Смотрите ее в статье «Прецизионный источник тока, нечувствительный к напряжениям» [1].

Я тоже работал над этой темой, и результаты моих усилий показаны на Рисунке 4. В этой конструкции используется другой подход к двухпроводной топологии, который обеспечивает соотношение между максимальным и минимальным запрограммированным выходным током более 1000:1. Она отличается бескомпромиссной точностью во всем диапазоне.


Рисунок 4.	Двухвыводной источник втекающего/вытекающего тока с точностью 1% или лучше в диапазоне выходных токов больше 1000:1.

Вот как это работает.

Основой схемы является высокоточный источник опорного напряжения 1.24 В – микросхема Z1. Пусковой резистор R6 обеспечивает ему ток микроамперного уровня при включении питания. Это немного, но все, что ему нужно, – это выжать из себя больше, чем 100 мкВ входного смещения усилителя A1.

Затем положительная обратная связь усилителя A1 от резистора R2 возьмет на себя регенеративное обеспечение Z1 необходимым смещением в 80 мкА через резистор R5. В этот момент напряжение на выводе 5 усилителя A1 стабилизируется на уровне 1.240 В, а через резистор R3 будет проходить ток 10 мкА.

Это сместит вывод 3 усилителя A2 в положительном направлении и заставит A2 включить проходной транзистор Q1. Ток I_O, проходящий через транзистор Q1, создаст на резисторе R1 напряжение отрицательной обратной связи, пропорциональное выходному току.

Это создаст ток 10 мкА (1.24 В/R4), проходящий через резистор R4, который обнулит и уравновесит потенциал неинвертирующего входа усилителя A2 и его выхода. В результате установится ток

Демпфирующие резисторы R8 и R9 вместе с корректирующей цепочкой R7C1 обеспечивают некоторое подавление колебаний и других капризов. Это, как правило, способствует послушанию и приличному поведению.

Минимальный программируемый ток I_O состоит из тока потребления операционного усилителя (максимум 500 мкА), плюс тока смещения источника опорного напряжения Z1 (максимум 82 мкА), плюс тока резистора обратной связи R4 (максимум 10.1 мкА), плюс ничтожного тока резистора R6 (максимум 4 мкА); итого 596 мкА. Максимальный ток I_O ограничен возможностями выхода усилителя A2 и областью безопасной работы транзистора Q1; консервативный предел – это 1 А.

Хотя и операционный усилитель, и транзистор Q1 рассчитаны на 36 В, не перегревайте их напряжением, превышающим то, которого требует соответствующая нагрузка. Но даже в этом случае для выходного тока Q1 амперного диапазона определенно потребуется мощный радиатор, а резисторы R1 и R8 должны быть большими и толстыми.