Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №2

Т_{отклон.} = -0.027 — 0.01889*Т + 0.0008159*Т² – 0.00000749*Т³

Отнимая от значений измерителя величину поправки, получаем истинное значение температуры. Т. е.

Т_истин. = Т — Т_{отклон.,} или

Т_истин. = 0.027 + 1.01889*Т — 0.0008159*Т² + 0.00000749*Т³

Источники стабильного тока и их применение

П. Иванов, С. Семушин

Независимо от конструктивного исполнения любой источник тока состоит из одних и тех же функциональных узлов (рис. 1). Это первичный источник питания, регулирующий элемент, датчик тока и нагрузка. В большинстве конструкций используется также цепь обратной связи, соединяющая датчик тока с регулирующим элементом. Ток в нагрузке устанавливается изменением параметров цепи обратной связи или датчика тока [1–3].

Если ток в цепи обратной связи достаточно мал, что обычно выполняется на практике, то через последовательно соединенные источники питания, датчик тока, регулирующий элемент и нагрузку протекает одинаковый ток. При этом условии практически любой вариант схемы получается перестановкой последовательно соединенных узлов и выбором точки заземления. Если же ток в цепи обратной связи соизмерим с током в основной цепи, необходимо учитывать появление погрешностей при установке нужного тока в нагрузке. Однако существуют схемные решения, в которых ток обратной связи протекает как через датчик тока, так и через нагрузку, что компенсирует возникновение ошибки.

Рис. 1. Функциональная схема источника тока

В качестве регулирующего элемента в практических схемах обычно применяют одиночные или чаще составные транзисторы, в качестве датчика тока — резистор или диод. При выборе точки заземления также исходят из практических соображений.

Для понимания работы источников тока рассмотрим типовые схемы, получаемые из общей функциональной схемы, показанной на рис. 1.

В качестве простейшего источника тока хорошо работает обычный транзистор с резистором в эмиттерной цепи (рис. 2,а). Сила тока в нагрузке определяется выражением

I_к = (U_вх — U_бэ)/R₁ (1)

где I_н — ток в нагрузке, U_вх — входное напряжение, U_бэ — падение напряжения на переходе база-эмиттер транзистора VT1, R1 — сопротивление датчика тока R1. Меняя величину U_вх, можно установить требуемый ток нагрузки. Обычно для задания входного напряжения с необходимой точностью используются источники опорного напряжения (ИОН) [1]. В этой схеме обратная связь по напряжению с выхода датчика тока R1 на вход регулирующего элемента VT1 в явном виде отсутствует.

Вследствие этого сила тока в нагрузке зависит как от сопротивления нагрузки, так и от температуры и параметров транзистора. Тем не менее, благодаря своей простоте это устройство часто применяется там, где не требуется высокой стабильности тока в нагрузке. Более стабильно работает устройство, схема которого показана на рис. 2,б, которое благодаря своей простоте и высокой повторяемости находит широчайшее применение в интегральной схемотехнике [2].

Рис. 2. Схема простых источников тока

Наиболее широко используемой схемой источника тока с применением операционного усилителя (ОУ) является классическая схема, приведенная на рис. 3.

Рис. 3. Схема с использованием ОУ

В этой схеме регулирующий элемент — транзистор VT1 — управляется ОУ DA1, который стремится уравнять напряжения на своих выводах — инвертирующем и неинвертирующем. При этом сила тока в нагрузке R_н определяется выражением

I_н = U_вх/R₁ (2)

Для нормальной работы схемы напряжение на нагрузке U_н не должно превышать значения, определяемого выражением

U_н = I_н•R_н < U_п — U_{кэ. нас} — I•R1

I = I_н (3)

где U_п — напряжение источника питания, U_{кэ. нас} — напряжение насыщения транзистора VT1, R1 — сопротивление датчика тока R1. В этой схеме ток в нагрузке I_н отличается от тока I в датчике тока R1 на величину ошибки, определяемую силами токов в цепи обратной связи, а именно: тока базы 16 транзистора VT1 и входного тока I_вхОУ DA1:

?I = I_в— I_вх. (4)

Очевидно, что величина ошибки установления требуемого тока в нагрузке тем меньше, чем меньше входной ток ОУ DA1 и чем больше коэффициент усиления транзистора VT1. По этой причине на практике в качестве регулирующего элемента обычно применяются составные транзисторы.

Рис. 4. Схема с использованием ОУ

Рис. 5. Схема с плавающей нагрузкой

Аналогичными свойствами обладает источник тока, схема которого показана на рис. 4. Это устройство также описывается выражениями (2–4) и отличается лишь направлением тока. Основной недостаток здесь по сравнению с классической схемой заключается в дополнительном ограничении на минимальное и максимальное напряжения на нагрузке:

U_н.min > U_п — U_выхОУ — U_бэ = U_п — U_nOУ;