СИД (нагрузка)

RgxrW Ом

МЛ90

-ZOmA -IS В

Рис. 5.4. Преобразователь напряжение -ток, обеспечивающий ток значительной величины, необходимый для проверки светодиодов.

задают в диод ток /н=£вх/?вх = 2 В/100 Ом=20 мА. Теперь легко можно измерить яркость свечения светодиодов, включая их в схему один за другим для проверки или подбора согласованных пар, поскольку ток, проходящий через каждый диод, будет равен в точности 20 мА независимо от падения напряжения на каждом из них.

Следует отметить, что можно включать в цепь обратной связи схемы нагрузку из двух последовательно включенных светодиодов, и через оба этих диода будет проходить ток в 20 мА. В схеме рис. 5.4 можно также включить нагрузку в разрыв цепи коллектора между точками Л и Л, и через нагрузку при этом также будет проходить ток, равный 20 мА. Объясняется это тем, что токи эмиттера и коллектора транзистора практически одинаковы. Нагрузка, включенная в цепи обратной связи, называется плавающей нагрузкой. Если же один из зажимов нагрузки заземлен, то такая нагрузка называется заземленной. Для обеспечения неизменного тока в заземленной нагрузке необходимо использовать схему другого типа, показанную в разд. 5.5.

5.5. Обеспечение неизменного тока в заземленной нагрузке

5.5.1. Введение. В некоторых схемах требуется, чтобы один вывод нагрузки был заземлен, а ток нагрузки должен регулироваться входным напряжением. Ток нагрузки должен зависеть не от сопротивления нагрузки, а только от входного напряжения.

На рис. 5.5 показана весьма универсальная схема, удовлетворяющая этому требованию. На входы схемы, помеченные как вход { + ) и вход (-), можно подавать управляющие напряжения, как сразу на оба, так и на один из них. Маркировка входов была

иЯрп ныР пуитнешя операиионных цсилителей

еходМ

Рис. 5.5. Преобразователь напряжение - ток с заземленной нагрузкой. Управляющее напряжение подано на вход (+). R=\Q кОм.

выбрана так, чтобы они согласовывались с соответствующими входными зажимами операционного усилителя.

5.5.2. Управление током нагрузки со стороны входа { + ). Анализ схемы рис. 5.5 основан на том, что С/вых должно делиться поровну между двумя верхними по схеме резисторами R. При этом на входе (-) ОУ устанавливается напряжение ивык/2 относительно земли. Так как £дЛО В, напряжение на нагрузке С/н = С/вых/2. Ток /вх поступает от £вх, а /о.с - от С/вых. Токи /вх и /о.с складываются в ток нагрузки:

. J -t/н С/вых - Сн

Поскольку С/вых=2С/ . это выражение можно упростить:

(5.4)

При.чер 5.6. Определить / на рис. 5.5, если £1=2 В и R=l кОм. Решение. Из уравнения (5.4) находим / =2 В/1 кОм=2 мА. Пример 5.7. Определить С/ и Свых для значений, данных в примере 5.6 я при i? =500 Ом.

Решение. [/ =/ , Rb=2 мА-500 Ом=1,0 В; С/вых=2С/н=2 В.

Вход(-)

5.5,3. Управление током нагрузки со вхопа (~\ Vr, напряжение можно перебросить со входаТ) рис 5 ЕГГя?

3tLmL ° f Р - -б- ток\аг?узки остается не

зависящим от сопротивления нагрузки и определяется вьфаже

(5.5>

Из рис. 5.6 видно, что направление тока нагрузки, полярности Ия и f/вых обратны тем, что имели место на рис. 5.5.

Пример 5.8. На рис. 5.6 /?н=500 Ом, £2=2 В и R=l кОм. Определить-

а) / , б) С/и и в) Г/вых.

Решение, а) Из (5.5) /н=2 В/1 кОм=2 мА.

б) (/н=2 мА-500 Ом=1 В.

в) Из рис 5.6 С/вых=2-1 В+2 В=4 В.

5.5.4. Задание тока дифференциальным напряжением. Имеете возможность и даже может быть желательно иметь ток, задаваемый разностью двух напряжений. Эту задачу можно выполнить, подав оба напряжения £i и Е2 на входы (+) и (-) соответствеи-

но, как показано на схемах рис. 5.5 и 5.6. Ток нагрузки определяет- I из выражения

(5.6а)

г El - Е2

в- R

с/вых - ИЗ выражения

(5.66)

Изменяя в схеме рис. 5.5 полярность Ei, мы будем изменять направление /и. Направление /н на рис. 5.6 меняется на обратное при изменении полярности £2. При использовании уравнений (5.6а) и (5.66) направления токов и полярности напряжений соответствуют показанным на рис. 5.5 при £i>£2, а показанным на рис. 5.6 при £i<£2.

5.5.5. Источник большого неизменного тока в заземленной нагрузке. В некоторых случаях, например при гальваническом покрытии, требуется задавать в заземленную нагрузку большой ток с неизменным значением. Схема рис. 5.7 обеспечивает получение неизменных токов свыше 500 мА за счет того, что транзистор имеет соответствующий теплоотвод (рассеивающий мощность свыше 5 Вт) и большой коэффициент усиления по току (р>100). Работает схема следующим образом. Напряжение стабилизации стабилитрона подается на один из выводов токозадающего резистора и на вход (-}-) ОУ. Так как дифференциальное входное напряжение равно нулю, все напряжение стабилизации падает на /?и- Резистор Rn и напряжение С/ст задают ток эмиттера h, который имеет по-

18 нОм

RSO Ом

MJ490

Рис. 5.7. Источник неизменного тока большой величины.

стоянное значение UctIRh- Эмиттерный и коллекторный токи биполярного транзистора приблизительно одинаковы. Поскольку коллекторный ток есть ток нагрузки /н, а Inh, ток нагрузки /н определяется значениями Ucr и Внесли операционный усилитель способен выдавать в базу транзистора ток свыше 5 мА, а коэффициент усиления транзистора по току не менее 100, ток нагрузки /и может быть более 5 мАХ100= = 500 мА. Напряжение на нагрузке не должно превышать разности между напряжением питания и напряжением стабилизации, в противном случае транзистор и ОУ будут входить в насыщение.

5.6. Измерение тока короткого замыкания

5.6.1. Введение. Датчики, такие, как, например, звукосниматели в электрофонах, преобразуют некоторую физическую величину в электрический сигнал. Для удобства датчик можно представить как генератор сигнала, как показано на рис. 5.8, а. Обычно желательно измерить максимальный выходной ток с датчика в условиях короткого замыкания; иначе говоря, мы должны замкнуть накоротко выходные зажимы датчика и измерить ток через короткозамкну-тую цепь. Данный метод особенно пригоден для источников сигналов с очень высоким внутренним сопротивлением. Например, в схеме рис. 5.8, а ток короткого замыкания /к.а должен быть равен 2,5 В/50 кОМ = 50 мкА. Однако если мы включим между выходными зажимами генератора микроамперметр, то при этом мы будем иметь уже не короткозамкнутую цепь, а цепь с сопротивлением 5000 Ом. Микроамперметр покажет

2,5 В

50 кОм-Ь5 кОм

; 45 мкА.

Высокоомные источники лучше представлять в виде эквивалентной схемы Нортона. Эта схема представляет собой просто источник тока короткого замыкания /к.з, параллельно которому включено его собственное внутреннее сопротивление, как показано на рис. 5.8, б. На этом рисунке видно, что /к.з делится между собственным сопротивлением источника и сопротивлением измерительного прибора. Чтобы исключить такое расщепление тока, будем использовать ОУ.

5.6.2. Использование ОУ для измерения тока короткого замыкания. Схема рис. 5.8, е представляет собой эффективную цепь, накоротко замыкающую источник тока. Вход (-) потенциально заземлен, поскольку дифференциальное входное напряжение равно ~0 В. Источник тока имеет на обоих зажимах потенциал земли, что эквивалентно короткому замыканию этих зажимов. Весь ток /к.з протекает от источника ко входу (-) и далее через Ro.c- Про-

Генерапюр сиеналов v

ЛСопротиВле-Лние амперметра S кОм

Микроампеометр

S kOm

В Suae генератора тока

I КЗ o.c

SOkOm