Неинвертирующий ПНТ Хауленда. Порядок расчета и моделирования в системе Micro-Cap.

Рис. 6.31. Неинвертирующий ПНТ Хауленда

 

Выразим напряжение на нагрузке через .

После упрощений находим через :

.

Ток нагрузки – это отношение к :

.

При обеспечении равенства выражения в квадратных скобках нулю, ток нагрузки не зависит от , т. е. имеет место источник тока.

;

.

Найдем выходное напряжение ОУ.

;

.

Для упрощения в этой схеме принимают обычно . Тогда из (6.5) равно:

.

Обозначая , можно представить , и в следующем виде:

.

Таким образом, получим расчетные соотношения схемы:

 

Инвертирующий ПНТ Хауленда. Порядок расчета и моделирования в системе Micro-Cap.

Рис. 6.32. Инвертирующий ПНТ Хауленда

находим через :

;

.

Ток нагрузки не зависит от при соблюдении равенства:

,

что совпадает с аналогичным равенством для неинвертирующего преобразователя.

При соблюдении соотношения

.

.

Обозначая ; , получим:

; .

Можно сделать вывод, что ток нагрузки равен по модулю току нагрузки неинвертирующего ПНТ Хауленда, но имеет противоположное направление.

Расчетные соотношения схемы:

 

Дифференциальный ПНТ Хауленда. Порядок расчета и моделирования в системе Micro-Cap.

При подаче на вход ПНТ Хауленда двух напряжений, и , методом наложения получим:

Порядок расчета ПНТ Хауленда.

Задано: , , , .

Найти: , выбрать ОУ.

1) Выбираем ОУ, имеющий .

2) Задаемся , численно равным .

3) Находим отношение .

4) Задаемся номиналом , тогда .

5) Находим значение : .

6) Находим значение : .

7) Проверяем значение выходного напряжения ОУ, которое должно удовлетворять условию: .

Номиналы резисторов выбираем из точных рядов (разброс < 1%).

Показателем качества любого спроектированного ПНТ, помимо точности тока , является его стабильность при изменениях в широком диапазоне. Принято оценивать качество реального ПНТ экспериментально путем определения его выходного сопротивления:

,

где – разность напряжений на нагрузке при двух разных значениях ;где – разность токов нагрузки при этих же двух значениях .

Для качественных ПНТ значение превышает 10⁷ Ом. Самыми распространенными причинами снижения ПНТ является неточное соблюдение соотношений (6.5), (6.6) и низкий КОСС ОУ.

 

 

ПНТ с использованием повторителя напряжения. Порядок расчета и моделирования в системе Micro-Cap.

Рассмотрим дифференциальную схему ПНТ с использованием повторителя напряжения, когда на дифференциальный вход подана разность напряжений и .

Выражаем через и .

.

После упрощений получаем:

.

Источник тока получается при обеспечении равенства нулю выражения в квадратных скобках:

Выходное напряжение ОУ1:

Выходное напряжение ОУ1 превышает на .

При подаче на вход только схема будет неинвертирующей, а при подаче только – инвертирующей. Достоинством схемы является возможность регулировки величины одним резистором , при этом не нарушается условие источника тока.

Инвертирующий ПНТ на основе инвертирующих ОУ. Порядок расчета и моделирования в системе Micro-Cap.

Выражаем через :

.

После упрощений получаем:

;

.

При условии равенства нулю выражения в круглых скобках, не зависит от :

Примем , тогда , где .

Тогда для можно записать:

.

Резистор в этой схеме удобно реализовывать в виде параллельного соединения двух резисторов – и .

При соблюдении соотношения (6.9) получаем:

 

С учетом того, что, согласно (6.10) всегда меньше , .

Порядок расчета инвертирующего ПНТ на основе инвертирующих ОУ.

Задано: , , .

Найти: , выбрать ОУ1, ОУ2.

1) Выбираем ОУ1, ОУ2.

2) Выбираем номинал резистора r из условия возможно меньшего падения на нем напряжения . Целесообразно выбрать r порядка десятки-сотни Ом.

3) Выбираем порядка десятки кОм.

4) Рассчитываем .

5) Значение выбирается из условия ограничение тока, отбираемого от источника . Значение выбирается того же порядка, что и , .

6) Рассчитывается значение .

Значение рассчитывается из основной формулы для тока нагрузки:

.

Затем необходимо проверить условие , и, если оно не выполняется, то необходимо вернуться к п.5 и выбрать меньшее значение .

7) Рассчитываем значение :

.

В данной схеме регулировку величины без влияния на можно производить при помощи резистора .