Преобразователи тока

Ограничитель тока. Ограничение коллекторного тока тран­зистора VT2 (рис. 2.31) осуществляется в результате открывания транзистора VT1. При малых входных напряжениях, когда открыт только транзистор VT2, наблюдается быстрое увеличение выходного тока. Эмиттерный ток транзистора VT2 создает падение напряжения на резисторе R2. Это напряжение открывает транзистор VT1. Кол­лекторный ток транзистора VT1 уменьшает базовый ток транзистора VT2. Дальнейшее увеличение, входного напряжения лишь увеличива­ет коллекторный ток транзистора VT1.

Пороговый ограничитель тока. Ограничитель выходного тока построен по принципу шунтирования базовой цепи выходного тран­зистора (схема рис. 2.32). При входных напряжениях, когда ста­билитрон VD1 закрыт, транзистор VT1 закрыт тоже. Все входное напряжение приложено к базе транзистора VT2. Выходной ток определается резистором КЗ. С уменьшением сопротивления резистора R3 наклон характеристики увеличивается. Как только входное на­пряжение превысит порогрвое напряжение стабилитрона, открывает­ся транзистор VT1. Напряжение в базе транзистора VT2 начнет уменьшаться. Выходной ток также уменьшится. Крутизну уменьше­ния выходного тока можно регулировать сопротивлением резистора R2. С увеличением сопротивления резистора R2 крутизна увеличи­вается. Уменьшить крутизну можно также включением в эмиттер транзистора VT1 дополнительного резистора.

Рис. 2.31

Транзисторный трансформатор постоянного тока. Трансформатор (рис. 2.33) питается от двух источников напряжения. Первый источ­ник включен в базовую цепь транзисторов, а второй — в коллекторную цепь. Эти источники не связаны между собой. От первого источ­ника ток протекает в базах и в резисторе R1. Пороговое напряже­ние открывания транзисторов равно 0,6 В. Ток второго источника, протекающий через коллекторы транзисторов, определяется сопро­тивлением в цепи эмиттеров. Проходные характеристики схемы по­казаны на рис. 2.33, б. По ним можно определить коэффициент транс­формации. Если h_21Э R2=10 R1, где h_21Э — минимальный коэффи­циент передачи по точу одного из транзисторов, то коэффициент трансформации определяется как отношение R1/R2.

Преобразователь сопротивлений. Устройство преобразует поло­жительное активное сопротивление в отрицательное. Это преобразо­вание осуществляется за счет изменения направления тока на выходе схемы (рис. 2.34) по отношению ко входу. Входное, напряжение по­ложительной полярности создает ток в эмиттерной цепи транзистора VT1. Порог открывания транзистора равен 100 мВ. Коллекторный ток этого транзистора равен Iк=0,98Iэ. Ток транзистора VT2 будет определяться напряжением в базе и сопротивлением в эмитте­ре: Iвых=(0,98R₂I_Э — U_БЭ)/R₃, где V бэ =0,6 В — порог открыва­ния транзистора VT2. Если Iвх — U_вх/R₁, то I_вых = — KIвх, где К — коэффициент преобразования — определяется из характеристик.

Отсюда I_вых = — KU_вх/R₁, или — R₁/K= U_ВХ/I_ВЫХ.

Инвертор тока. В схеме на рис, 2.35 выходной ток прямо пропор­ционален входному. Это достигнуто за счет применения падения на­пряжения от входного тока на транзисторе VT1 в диодном включении: Коэффициент пропорциональности между токами зависит от отношения коэффициентов передачи транзисторов

Рис. 2.32

Рис. 2.33

Рис. 2.34

Рис. 2.35 Рис. 2.36

Генератор стабильных токов. Коэффициент стабилизации выход­ных токов схемы на рис. 2.36 прямо пропорционально зависит от коэффициента усиления ОУ без ОС. С помощью ОУ стабилизируется напряжения в эмиттере транзистора VT1. Ток I ₁ зависит от напря­жения на неинвертирующем входе ОУ, от сопротивления резистора R3; I_l = ER₂l(R₁+R₂)R₃. Поскольку падение напряжения на переходе база — эмиттер у однотипных транзисторов мало отличаются (прак­тически не отличаются), то ток I₂ будет обладать стабильностью, аналогичной стабильности тока I ₁. Ток определяется выражением I₂ =ER₂/(Ri+R₂)R₄. Выходные токи связаны между собой зависи­мостью I₂=I_l(R₃/R₄).

9. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ «НАПРЯЖЕНИЕ — ТОК»

Мощный преобразователь «напряжение — ток». В схеме преобразователя на рис. 2.37 коллекторный ток транзистора VT4 определяется выражением li=U₃$R. Этот ток создает падение на­пряжения на переходе коллектор — эмиттер транзистора VTL.

Рис. 2.37

Поскольку транзисторы VT1 и VT2 одного типа, то на втором транзисторе будет аналогичное напряжение. Это напряжение вы­звано током, протекающим через транзистор VT3. Максимальный выходной ток определяется допу­стимой мощностью рассеивания транзистора VT3. Для токов свы­ше 5 мА линейность преобразова­ния выше 1%. Для стабилизации работы ОУ необходимо между вы­водами 5 и 6 подключить конден­сатор С = 56 пФ, а между выхо­дами 1 и 8 — последовательно включенные резистор R = 1,5 кОм и конденсатор С=300 пФ. Двухполярный источник тока. Схема преобразования источника напряжения в двухполярный источник тока (рис. 2.38) построена на основе генератора тока, выполненного на полевом транзисторе. Независимо от полярности входного напряжения на сток транзисто­ра подается минус по отношению к истоку. Он всегда находится в нормальном режиме включения. Это достигается диодной мостовой схемой. Транзистор начинает проводить при входном напряжении больше 1,4 В. Режим стабилизации тока происходит при U>6 В.

В устройстве вместо диодов КД503 можно применить интеграль­ную микросхему КЦ403, а для выходного тока более 100 мА — К142НД5 при соответствующей замене полевого транзистора на КП903В.

Рис. 2.38

Преобразователь «напряжение — ток». Преобразование напря жения в ток осуществляется на выходе ОУ DA1 (рис., 2.39). Две по­следующие интегральные микросхемы осуществляют контроль вы-

.ходного тока. Микросхема DA2 является повторителем, а на выходе интегральной микросхемы DA3 устанавливается напряжение, равное падению напряжения на резисторе R3. Это напряжение подается на вход ОУ DA1, где оно сравнивается с входным напряжением. Кру­тизна передаточной характеристики равна 0,5 мА/В. При этом нелинейность характеристики не хуже 0,05 % при сопротивлении нагруз­ки меньше 1 кОм. Выходной ток регулируется в пределах от — 5 до +5мА. Температурная нестабильность выходного тока 0,01 мкА/град. Выходное сопротивление более 5 кОм.

Двухполярный преобразователь «напряжение — ток». Основные параметры схемы на рис. 2.40 описываются выражением

где Iн — ток, протекающий на выходе схемы; U₂ — напряжение на выходе интегральной микросхемы DA1. Если сопротивления резисто­ров выбраны таким образом, что R₁/(R₁+R₂)=Rз/(Rз+R₄), то Iп= = Uвх/R₅. В зависимости от знака входного напряжения выходной ток может иметь как положительную, так и отрицательную поляр­ность.

Рис. 2.39 Рис 2.40

Рис. 2.41

Преобразователь «ток — напряжение». Преобразователь (рис. 2.41) построен на принципе усилении напряжения, которое образуется на низкоомном сопротивлении от протекающего входного тока U_вых=КI_вх. Коэффициент преобразования схемы K- = R₆(R3/R4). Для настройки ОУ при I_вх=0 служит резистор R2.

В схеме рис. 2.41, с часть входного тока ответвляется в цепь Ri+R₃. В схеме рис. 2.41,6 потери входного тока отсутствуют. Здесь можно увеличить коэффициент преобразования до 100, уменьшить сопротив­ление резистора R4 и увеличить R5.