Источники тока с заземленной нагрузкой

Принцип действия источника тока, схема которого приведена на рис. 9, состоит в том, что выходной ток измеряется по падению напряжения на резисторе R ₁. Выходное напряжение ОУ устанавливается таким, что падение напряжения на резисторе R ₁ оказывается равным величине входного напряжения.

Рис. 9. Источник тока, управляемый напряжением, для заземленной нагрузки

Для определения выходного тока источника запишем уравнения по первому закону Кирхгофа для n - и р -входов и выхода операционного усилителя:

(U _вых – U _n)/ R ₂ – U _n/ R ₃ = 0,

(U ₁ – U _p)/ R ₂ + (U ₂ – U _p)/ R ₂ = 0,

(U _вых – U ₂)/ R ₁ – (U ₂ – U _p)/ R ₂ – I ₂ = 0. /p>

Из этих уравнений с учетом того, что U _n= U _p, получим:

Приравняв нулю коэффициент при U ₂, найдем условие независимости выходного тока от напряжения на нагрузке –

R 3 =(R 2)^2/(R 1 + R 2).

(8)

Теперь выражение для выходного тока источника будет иметь вид:

I ₂= U ₁/ (R ₁ ||R ₂).

Выполняя точную подстройку R ₃, можно добиться бесконечного выходного сопротивления источника тока на низких частотах при реальных характеристиках операционного усилителя. Недостаток схемы, однако, состоит в том, что внутреннее сопротивление R _и управляющего источника напряжения U ₁ входит в выражение (8) (оно добавляется к сопротивлению резистора, подключенного ко входу схемы). К тому же, ток управляющего источника напряжения зависит от сопротивления нагрузки. В результате полная балансировка источника невозможна, если R _и, как, например, у стабилитронов, зависит от тока.

Этого недостатка не имеет схема, приведенная на рис. 10. Здесь входной резистор присоединен к виртуальному нулю. Другое достоинство этой схемы состоит в отсутствии синфазного сигнала. Для расчета выходного тока в этой схеме используем следующее соотношение:

U₄ = – U ₃ = U ₁ + (R ₂/ R ₃) U ₂.

Запишем уравнение по первому закону Кирхгофа для выхода схемы.

Рис. 10. Источник тока на ОУ в инвертирующем включении

(U ₄ – U ₂)/ R ₁ – U ₂/ R ₃ – I ₂ = 0.

Исключив потенциал U ₄, получим выражение:

I ₂ = U ₁/ R >₁ + U ₂[(R ₂ – R ₃ – R ₁)/ R ₁ R ₃],

из которого следует, что выходной ток не будет зависеть от выходного напряжения, если выполняется условие

R ₃ = R ₂ – R ₁.

В заключение заметим, что рассмотренные выше источники тока с заземленной нагрузкой представляют собой системы с регулированием по возмущению (системы с компенсирующими связями). В отличие от систем с регулированием по отклонению (систем с отрицательными обратными связями), системы с регулированием по возмущению требуют точной настройки параметров связей, как это и следует из последнего выражения и выражения (8). Схемы источников тока с незаземленной нагрузкой – это системы с регулированием по отклонению. Они не требуют точной настройки связей, а лишь по возможности большего значения дифференциального коэффициента усиления ОУ.