Искусство схемотехники. Том 1 [Изд.4-е]

В первой схеме обратная связь создает на резисторе R падение напряжения, равное U_KK — U_вх, которое в свою очередь порождает эмиттерный ток (а следовательно, и выходной ток), равный I_Э = (U_KK — U_вх)/R. При работе с этой схемой не приходится беспокоиться о напряжении U_БЭ и его изменениях, связанных с изменениями температуры, I_К, U_КЭ и т. п. Несовершенство этого источника тока (не будем принимать во внимание ошибки ОУ: I_см, U_СДВ) проявляется лишь в том, что небольшой базовый ток может немного изменяться в зависимости от напряжения U_КЭ (предполагаем, что операционный усилитель не потребляет входной ток); этот недостаток — небольшая плата за возможность использования заземленной нагрузки; если в качестве транзистора T₁ использовать составной транзистор Дарлингтона, то погрешность будет существенно уменьшена. Погрешность возникает в связи с тем, что операционный усилитель стабилизирует эмиттерный ток, а в нагрузку поступает коллекторный ток. Если в этой схеме вместо биполярного использовать полевой транзистор, то проблема будет полностью решена, так как затвор полевого транзистора тока не потребляет.

В рассматриваемой схеме выходной ток пропорционален величине, на которую напряжение, приложенное к неинвертирующему входу операционного усилителя, ниже, чем напряжение питания U_KK; иными словами, напряжение, с помощью которого программируется работа схемы, измеряется относительно напряжения питания U_KK, и все будет в порядке, если напряжение U_вх является фиксированным и формируется с помощью делителя напряжения; если же напряжение на вход должно подаваться от внешнего источника, то возможны неприятности. Этого недостатка лишена вторая схема, в которой аналогичный первый источник тока с транзистором n-р-n-типа. служит для преобразования входного управляющего напряжения (измеряемого относительно земли) во входное напряжение, измеряемое относительно U_KK, для оконечного источника тока. Операционные усилители и транзисторы недороги, поэтому запомните такой совет: не раздумывая, включайте в схему дополнительные компоненты, если они позволяют улучшить ее работу и упрощают разработку.

Одно существенное замечание, касающееся последней схемы: операционный усилитель должен работать при условии, что напряжение на его входах близко или равно положительному питающему напряжению. Подойдут интегральные операционные усилители типа 307, 355 или ОР-41. Альтернативный вариант — использование для питания ОУ отдельного источника напряжения U+, превышающего напряжение U_KK.

_{Упражнение 4.1. Для последней схемы определите выходной ток для заданного входного напряжения Uвх.}

На рис. 4.12 представлен интересный вариант схемы источника тока на основе ОУ и транзисторов.

Рис. 4.12.Источник тока на полевых/биполярных транзисторах, предназначенный для больших токов.

Преимущество этой схемы состоит в том, что базовый ток, приводящий к ошибке в случае использования полевых транзисторов, здесь равен нулю, выходной ток не ограничивается значением I_{СИ (вкл.)}. В этой схеме (фактически — это не источник, а потребитель тока) транзистор Т₂ начинает проводить, когда через транзистор Т₁ протекает ток стока величиной приблизительно 0,6 мА.

При минимальном значении I_СИ для Т₁, равном 4 мА, и подходящем значении β для Т₂ величина тока, протекающего через нагрузку, может достигать 100 мА и более (для получения бóльших токов транзистор Т₂ можно заменить транзистором Дарлингтона, при этом нужно соответственно уменьшить R₁). В данной схеме были использованы полевые транзисторы с p-n-переходом, но еще лучше было бы использовать полевые МОП-транзисторы, так как для ОУ на полевых транзисторах с p-n-переходом требуется расщепленный источник питания, обеспечивающий диапазон напряжения на затворе, достаточный для перехода транзистора в режим отсечки. Ничего не стоит с помощью простого мощного полевого МОП-транзистора (МОП-структура с V-образной канавкой) получить ток побольше, однако мощным полевым транзисторам присущи большие межэлектродные емкости, а представленная здесь гибридная схема как раз и позволяет преодолеть связанные с этим проблемы.

Источник тока Хауленда. На рис. 4.13 показан красивый учебный источник тока. Если резисторы подобраны таким образом, что выполняется соотношение R₃/R₂ = R₄/R₁, то можно показать, что справедливо равенство: I_н = — U_вх/R₂.

4.13.Источник тока Хауленда.

_{Упражнение 4.2. Покажите, что приведенное выше равенство справедливо.}