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 R₁. Выходное напряжение ОУ устанавливается таким, что падение напряжения на резисторе R₁ 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)/R₂ – U_n/R₃ = 0,

(U₁ – U_p)/R₂ + (U₂ – U_p)/R₂ = 0,

(U_вых – U₂)/R₁ – (U₂ – U_p)/R₂ – I₂ = 0. /p>

Из этих уравнений с учетом того, что U_n=U_p, получим:

Приравняв нулю коэффициент при U₂, найдем условие независимости выходного тока от напряжения на нагрузке –

Теперь выражение для выходного тока источника будет иметь вид:

I₂= U₁/ (R₁||R₂).

Выполняя точную подстройку R₃, 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 U₁ 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 = – U₃ = U₁ + (R₂/R₃) U₂ .

Запишем уравнение по первому закону Кирхгофа для выхода схемы.

Рис. 10. Источник тока на ОУ в инвертирующем включении

(U₄ – U₂)/R₁ – U₂/R₃ – I₂ = 0.

Исключив потенциал U₄, получим выражение:

I₂ =U₁/R>₁ + U₂[( R₂ – R₃ – R₁)/R₁R₃],

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

R₃ =R₂ – R₁.

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.