Недавно Кристофер Пол, регулярный автор раздела Конструкторские идеи, в статье «Прецизионный источник тока, нечувствительный к напряжениям» [1] продемонстрировал инновационный и высококачественный двухвыводной источник тока, основанный на использовании обедненного MOSFET в качестве проходного устройства.

В последующих комментариях возник вопрос, можно ли добиться аналогичных результатов, используя биполярный транзистор вместо полевого транзистора Кристофера в аналогичной (на первый взгляд) топологии?

Это создало интересную конструкторскую проблему, для которой я предлагаю здесь возможное (хотя и неправдоподобное) решение. Как ни странно, оно (примерно) основано на классической модели тиристора на дискретных транзисторах, показанной на Рисунке 1.

Рисунок 1.	Положительная обратная связь в тиристоре представляется маловероятной основой для источника тока на биполярном транзисторе.

На Рисунке 2 показана петля нелинейной положительной обратной связи тиристора, преобразующая его в линейный источник тока.

Рисунок 2.	Токовое зеркало Q1 и Q3, регулятор Z1 и биполярный транзистор Q1 образуют прецизионный двухвыводной источник тока. Вытекающий ток равен 1.05·1.24/R1, или 1.30/R1. Символом «*» отмечены точные резисторы.

Параллельный регулятор Z1 и проходной транзистор Q2 образуют очень знакомую схему прецизионного источника тока. На самом деле, она очень похожа на ту, которую использует Кристофер Пол в своей схеме на основе MOSFET. Отрицательная обратная связь от токоизмерительного резистора R1 заставляет параллельный регулятор Z1 поддерживать ток эмиттера Q2 на постоянном уровне 1.24 В/R1.

Кроме того, подобно топологии Кристофера Пола, смещение для Z1 и Q2 создается токовым зеркалом на основе p-n-p транзистора. Однако, в отличие от симметричного зеркала в схеме Кристофера Пола, это зеркало выполнено асимметричным, чтобы обеспечить возможность работы при максимальном рекомендуемом токе регулятора Z1.

Значительное вырождение эмиттера (примерно 2.5 В) используется для поддержания точного соотношения токов и обеспечения управляемости усиления в контуре положительной обратной связи, чтобы регулятор Z1 мог контролировать его.

Пусковой резистор R3 необходим, поскольку смещение для транзисторов и регулятора обеспечивается регенеративной положительной обратной связью, аналогичной тиристорной. Резистор R3 обеспечивает небольшой ток в несколько сотен наноампер, достаточный для того, чтобы замкнуть (запустить?) петлю обратной связи при первом включении питания.

Чтобы запрограммировать источник на выбранный выходной ток I_O:

Если I_O > 5 мА, то
R1 = 1.30/I_O,
R2 = 49.9/I_O,
R4 = 2.40/I_O.
Если I_O < 5 мА, то
R1 = 1.55/I_O,
R2 = 8/I_O,
R4 = 2/I_O.

Минимальная точность при I_O = 500 мкА. Максимальная – при 200 мА.

И в качестве завершающего штриха заметим, что частый комментатор Ашутош обратил внимание на то, что хорошей практикой является защита нагрузок от ошибочных и потенциально разрушительных токов короткого замыкания. Гибкий и очень надежный страховой полис предлагает Рисунок 3. Подключите его последовательно с Рисунком 2, и проблемы с токами короткого замыкания исчезнут.

Рисунок 3.	Точный, надежный, быстродействующий, самовосстанавливающийся ограничитель тока короткого замыкания с уровнем ограничения 1.25/R1.

В заключение я оставляю вам, читатель, право решить, является ли сходство Рисунка 2 с конструкцией Кристофера Пола лишь поверхностным, действительно значимым, откровенным плагиатом или просто мистическим.

1. Datasheet Fairchild LM317
2. Datasheet Diodes TLV431
3. Datasheet ON Semiconductor TIP31