Мощные генераторы тока на операционных усилителях

В то же время расчеты по Алгоритму 3 не удовлетворяют ограничению (23) из-за значительных инструментальных погрешностей (см. табл. 4-7).

Из проведенных оценок следует, что:

1) при наличии 10% ограничения (22) на рост погрешности вычислений нужно выбирать Алгоритм 3 с параметрами (26), так как по сравнению с Алгоритмом 2 при близких погрешностях для его реализации требуются меньшие затраты времени и памяти;

2) когда действует 1% ограничение на рост погрешности вычислений (23), применение Алгоритма 3 невозможно из-за высоких погрешностей и следует реализовать Алгоритм 2, описываемый параметрами (25).

В завершение заметим, что изложенная методика проектирования алгоритмов вычисления среднеквадратического значения может быть использована при моделировании сигнала z(t) не только гармоническими сигналами.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Датчики тепло физических и механических параметров: Справочник в трех томах. Т.П. Под общ. ред. Ю.Н. Коптева,; Под ред. Е.Е.Багдатьева, А.В. Гориша, Я.В. Малкова. - М.: ИПРЖР, 1999. -688 с.: ил.

2. Шлетт М. Тенденции индустрии встроенных микропроцессоров // Открытые системы. 1998. № 6.

3. Пьявченко О.Н. Конечно-разностные методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений в микрокомпьютерах: Учебное пособие. -Таганрог. Изд-во ТРТУ, 2000. -96 с.

В.Г. Галалу, О.А. Силаева, П.В. Хало МОЩНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ТОКА НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ

Необходимость в использовании мощных управляемых генераторов тока (ГТ) возникает при измерении малых активных сопротивлений, например обмоток мощных электрических машин, в прецизионных отклоняющих системах для пузырьковых камер, в магнитотерапии и в ряде других областей. Достаточно простые схемные решения формирования двуполярного выходного тока для заземлённой нагрузки получаются при использовании операционных усилителей, охваченных положительной и отрицательной обратной связью [1,2]. При этом предпочтение следует отдать схемам, в которых не используются дополнительные внешние транзисторы, так как они ограничивают диапазон выходных токов и вносят дополнительные нелинейные искажения [1].

Широкое распространение получила схема генератора тока Хауленда-Галалу, на одном операционном усилителе и пяти внешних резисторах. При равных коэффициентах передачи по цепям положительной и отрицательной обратной связи выходное сопротивление схемы стремится к бесконечности [2]. К недостаткам этой схемы относится сильная зависимость выходного сопротивления от точности подбора резисторов и их температурного коэффициента. Проблема может быть решена при использовании усилителей, имеющих встроенные матрицы резисторов.

Рассмотрим возможности формирования выходных токов ±100-500мА. Очевидно, что в выходном каскаде необходимо использовать мощный операционный усилитель с выходным током не менее 1А. На рис.1 представлена схема генератора тока на двух операционных усилителях, причем мощный усилитель OPA548T охвачен 100% отрица-

Известия ТРТУ

Тематический выпуск

тельной обратной связью. Инструментальный усилитель РвЛ204 имеет встроенную матрицу резисторов и управляемый кодом коэффициент усиления [3].

+Vs

Я.

Рис. 1

Значение генерируемого тока определяется из следующего выражения: 1=ивх/Яосв, где ивх - входное напряжение преобразователя, а в - коэффициент усиления инструментального усилителя.

В табл. 1 представлены рекомендуемые значения сопротивлений Roc и коэффициентов усиления G для различных токов при входном сигнале ± 5В и выходном напряжении до ± 10В.

Таблица 1

1н, тЛ ± 100 ± 250 ± 500

Ян, О 0-100 0-40 0-20

Кос, О 20 8 4

в 2.5 2.5 2.5

Кос*в 50 20 10

Другой вариант формирования мощных токов представлен на рис.2. В этой схеме инструментальный усилитель включён в цепь отрицательной обратной связи [1]. Анализ схемы показывает, что по отношению к сопротивлению Яп она аналогична предыдущей.

В табл. 2 представлены значения рекомендуемых сопротивлений обратной связи и коэффициентов усиления для требуемых токов от 100 до 500 мА и входного сигнала ±5В.

Таблица 2

IH, мА ± 100 ± 250 ± 500

RH, Q 0-100 0-40 0-20

Roc, Q 20 10 5

G 2,5 2 2

Roc*G 50 20 10

Результаты исследований показывают, что внутреннее (выходное) сопротивление генераторов Ri прямо пропорционально сопротивлению ROC. Поэтому для уменьшения относительной погрешности следует в разумных пределах увеличивать ROC. Оптимальным следует считать ROC=RH. Результаты температурных испытаний показывают, что после 2-3 циклов термотренировки, температурный дрейф уменьшается примерно в 2 раза. Скорее всего, это связано с повышением стабильности резисторов обратной связи типа С2-29, класса 0,1-0,2. Эти резисторы следует брать с запасом по мощности в 2-3 раза, т.к. от их стабильности зависят все метрологические характеристики генераторов тока. Температурный дрейф линейно зависит от температуры и от изменения входного сигнала.

Выводы:

1. Рассмотренные управляемые генераторы тока на базе инструментальных усилителей позволяют обеспечить достаточно высокие метрологические характеристики на уровне 14-15 двоичных разрядов в обычных условиях.

2. Относительная погрешность из-за влияния внутренних сопротивлений генераторов тока существенно уменьшается при увеличении резисторов обратной связи R°c. Внутреннее сопротивление генераторов тока может составлять ЮОМОм для токов 1-2mA и 1МОм для токов 100mA. При увеличении температуры до +850С внутреннее сопротивление Ri уменьшается примерно в 2-3 раза.

3. Температурная стабильность ГТ зависит от температурного дрейфа инструментального усилителя и ТКС резистора обратной связи ROC. В худшем случае относительная погрешность 5t<0.02%/10°C.

4. Временной дрейф ГТ незначительный, т.к. все схемы охвачены цепью отрицательной ОС. После 30-минутного прогрева временной дрейф генератора тока 250 mA составил 0,005%/час за 8 часов мониторинга.

5. Рассмотренные схемы удовлетворительно работают на индуктивную и емкостную нагрузку на частотах до 10кГц. Генератор тока 250mA испытывался с индуктивностью 20mH и ёмкостью 0,1мкФ, возбуждения схемы не наблюдалось.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Гутников В. С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л.: Энергоатомиздат, 1988.

2. Алексеенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых схем. -М.: Радио и Связь, 1985.

3. Burr-Brown/ Integrated Circuits/ Data Book/ Linear Product 1996/1997. 4.283 Printed in USA/