СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2010-5

Источники тока, управляемые на пряжением (ИТУН, или преобразова тели напряжение ток), предназначе ны для обеспечения нагрузки током, который не зависит от выходного на пряжения источника и регулируется только входным напряжением схемы. Такие источники применяются в изме рительных схемах, например, при из мерении сопротивления, для управле ния моментными электродвигателями и соленоидами и т.п. Одна из распространённых схем ис точников тока на основе операцион ного усилителя (ОУ) приведена на ри сунке 1, где R L – нагрузка источника. Полагая входной ток и смещение нуля ОУ незначительными, для определе ния выходного сопротивления этой схемы по отношению к нагрузке R L за пишем: I = ( U 1 – U д )/ R , U д = –( U OUT / K U ), ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 36 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2010 Мощные источники регулируемого тока на операционных усилителях Георгий Волович (Челябинск) В статье рассмотрена схемотехника преобразователей напряжение–ток с большими выходными токами. Приведены основные соотношения, устанавливающие связь между входными и выходными сигналами, обсуждаются вопросы устойчивости при работе на активно!индуктивную нагрузку. U 2 = U OUT – U 1 , где K U – коэффициент усиления ОУ. Отсюда получим следующее соотно шение: . (1) Таким образом, выходное сопротив лениеисточникатокабудетравно R OUT = = – ∂ U 2 / ∂ I = K U R . Оно пропорционально дифференциальному коэффициенту усиленияОУ, причёмпоскольку K U зави ситотчастотывходногосигнала, выход ноесопротивлениесхемыбудет убывать счастотой. Изформулы(1) также следу ет, что при K U →∞ I = U 1 / R . (2) При использованиимощного усили теля (например, LM12 или какого либо из усилителей фирмы Apex) можно обеспечить ток через нагрузку до де сятков ампер. Однако мощные ОУ до вольно дороги, поэтому в случае, когда ток через нагрузку однонаправленный, для умощнения выхода обычного ОУ можно использовать эмиттерный либо истоковый повторитель. Схема мощного преобразователя напряжение–ток на основе эмиттер ного повторителя представлена на ри сунке 2. При конструировании мощ ных источников тока необходимо об ратить внимание на подключение резистора R, величина которого, как следует из (1) и (2), определяет выход ной ток. Этот резистор должен быть подключен по четырёхпроводной схеме. Типичная нагрузка мощных источ ников тока (моментные электродвига тели, соленоиды) имеет активно ин дуктивный характер и создаёт в пере даточной функции (ПФ) контура регулирования схемы дополнитель ный полюс. Операционный усилитель также обладает ПФ с одним или двумя полюсами [1]. Поэтому схема, показан ная на рисунке 2, может быть неустой чивой. Для оценки устойчивости источника тока по схеме рис. 2 можно восполь зоваться моделированием в пакете программ VisSim. Модель источника тока (см. рис. 3) включает модель ОУ (ПФ W ОУ ( s ) и нелинейный блок огра ничитель (НБ)), а также модель актив но индуктивной нагрузки [2]. Частот ные свойства транзистора, включен ного по схеме с общим коллектором, здесь не учитываются. Пример 1 . Пусть в схеме, приведён ной на рис. 2, включенОУ типа AD8675 с ПФ . Остальные параметры схемы: L L = = 0,01 Гн, R L = 0,1Ом, R = 0,05Ом. Исполь зуя функцию Frequency Response , пост роим логарифмические амплитудно частотные характеристики (ЛАЧХ) ра зомкнутого контура регулирования схемы (см. рис. 4). Графики показыва ют, что при значительной полосе про пускания (частота среза ω ср около 16 000 с –1 ) система обладает запасом устойчивости пофазе ϕ З , близким к ну лю. Даже малое дополнительное фазо вое запаздывание, обусловленное, на I U OUT U 2 R L U Д U 1 R Рис. 1. Схема источника тока с нагрузкой в цепи обратной связи ОУ U 2 Е R L I L L U 1 U У R Рис. 2. Источник тока с эмиттерным повторителем U У W ОУ (S) НБ Σ Σ U 1 1/L L 1/S I R L R R Рис. 3. Модель источника тока в среде VisSim © СТА-ПРЕСС