Regulowane źródło prądu stałego

18_got
Stałe źródła prądu są często używane, jako elementy w obwodach, ale są stosunkowo rzadkie, jako samodzielne elementy sprzętu.

Znajdują one jednak zastosowanie na przykład w pomiarach niskich rezystancji metodą „czteroprzewodową” (4-przewodowa lub 4-punktowa metoda jest techniką pomiaru impedancji elektrycznej, która wykorzystuje oddzielne pary elektrod przenoszących prąd i wykrywających napięcie, aby dokonać dokładniejszych pomiarów) oraz w badaniu prądu i napięcia, zakłóceń i innych właściwości diod i tranzystorów.
Opisany tutaj obwód ma prąd wyjściowy Iout, który można ustawić dokładnie między wartościami 100nA a 10mA.
Szczegóły działania obwodu
Odnosząc się do rys. 1, dioda D6 pracuje w referencyjnym paśmie wzbronionym, który zachowuje się jak prawie idealna dioda Zenera 2,5V.
Ustawienie potencjometru VR1 pozwala na regulację napięcia, na wejściu (pin 3) nieodwracającym układu IC1, na napięcie 0,1V, podczas gdy wzmocnienie wzmacniacza IC1 jest wybierane od jedności do dziesięciu przez przełącznik „Multiplier” S1 w połączeniu z rezystorami R5 do R13.
Te elementy obwodów wytwarzają stabilne napięcie odniesienia, Vref, 0,1V, 0,2V … 1,0V na nieodwracającym wejściu układu IC2.
Jednak napięcie Vref nie odnosi się do szyny 0V. Zamiast tego bufor IC3 jest używany do umożliwienia generowania napięcia Vref w stosunku do (nieznanego) potencjału wytwarzanego przez prąd Iout przepływający przez obciążenie.
Tymczasem, w stosunku do tego samego potencjału obciążenia, odwracające wejście wzmacniacza IC2 widzi napięcie Iout × Rdec, gdzie Rdec to rezystancja dekady wybrana przez przełącznik S1.
Podczas normalnej pracy sprzężenie zwrotne wokół układu IC2 zapewnia, że Iout × Rdec = Vref, tak że prąd wyjściowy układu jest równy Vref / Rdec, niezależnie od rezystancji obciążenia.
Jeśli rezystancja obciążenia jest zbyt duża, układ wzmacniacza IC2 nie będzie w stanie włączyć tranzystora TR1 na tyle, aby dostarczyć nominalny stały prąd, a jego wyjście nasyci się przy napięciu około 2,5V do 3V poniżej dodatniego napięcia szyny zasilania.
Ten stan rzeczy jest wykrywany przez komparator IC4.
Ponieważ napięcie zasilania w prototypie (zasilanym bateryjnie) było zmienne, zamiast dzielnika rezystancyjnego zastosowano diody D1 do D4, aby zapewnić napięcie progowe komparatora.
Gdy układ IC2 doprowadzi tranzystor TR1 do nasycenia, wyjście IC4 obniża się i włącza diodę LED. Dioda D5 wskazuje, że prąd Iout obniżył się poniżej oczekiwanej wartości.
W prototypie dioda D6 jest urządzeniem ZREF25, ale ten element jest już przestarzały.
Podobna dioda referencyjna 2,5V, taka jak ZRC250R01, powinna być odpowiednim zamiennikiem.
Aby zapewnić dokładność i stabilność prądu wyjściowego, rezystory z konfiguracji „Multiplier” i „Decade” były o tolerancji 0,1%.
Początkowo wszystkie wzmacniacze operacyjne były urządzeniami z serii OP-07, wybranymi z uwagi na dobrą wydajność prądową prądu stałego przy uwzględnieniu niskich kosztów.
Jednak przy najniższych ustawieniach prądu, prąd polaryzacji IC3 (typowy 1.8nA, maksymalny 7nA dla wzmacniacza OP-07C) może stać się znaczącym źródłem błędu.
Wykorzystanie wejścia JFET wzmacniacza TL071 dla prądu IC3 (typowy prąd polaryzacji 0,2nA) poprawiło dokładność projektu.
Należy jednak pamiętać, że prądy polaryzacji wzmacniacza TL071 i podobnych urządzeń rosną wykładniczo wraz z temperaturą!
Tak jak skonstruowany obwód miał mniej niż 2% błędu dla prądów 100nA i 200nA oraz mniej niż 1% błędu dla wszystkich innych ustawień.
Autor: Mike Toohey (Anglia)

Komentarze z Facebooka

Komentarze obecnie - OFF.