Студент_AC / LabRab_12_13 / Лаб2_АС
.docЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ СТАБИЛЬНОГО ТОКА
Цель работы: изучение свойств управляемых источников тока
Работа выполняется в системе моделирования MICRO – CAP.
Время выполнения 2 часа
-
Теоретическая часть
И
сточники
тока, построенные на транзисторах, имеют
тот недостаток, что выходной ток зависит
от напряжения Uбэ
или Uзи для полевого
транзистора. Для исключения этого
недостатка достаточно токозадающие
транзисторы включить в обратную связь
операционного усилителя. На рис.1 показаны
схемы источников тока с биполярным и
полевым транзисторами. Выходное
напряжение ОУ устанавливается таким,
что напряжение на резисторе R1
равно U1. Это выполняется
при положительном напряженииU1.
При этом ток через резистор R1
будет равен U1/R1.
Пренебрегая током ОУ, выходной ток для
схемы с биполярным транзистором будет
равен
Iн = Iк = Iэ[В/(В+1)] = U1/R1[В/(В+1)] U1/R1[1 – (1/В)],
где В – коэффициент усиления транзистора по току. Коэффициент усиления по току транзистора В зависит от напряжения Uкэ и, следовательно, ток Iн изменяется в зависимости от напряжения на нагрузке. Из-за этого эффекта выходное сопротивление источника тока ограничено величиной rкэ, если даже ОУ считать идеальным.
Влияние
конечного усиления по току транзистора
можно уменьшить, если биполярный
транзистор включить по схеме составного
транзистора. Практически же это влияние
полностью можно устранить, применяя
полевой транзистор, поскольку ток
затвора в нем очень мал рис.1, б. Выходное
сопротивление схемы с полевым транзистором
ограничивается только конечным усилением
операционного усилителя.
Особенность схем источников тока, показанных на рис.1, состоит в том, что нагрузка является "плавающей", т.е. она не заземлена. В схеме на рис.2 показан источник с заземленной нагрузкой. Выходной ток управляется разностью напряжения источника питания и входного напряжения.
Iн = (Uп – Uвх)/R1.
Выходной ток схемы, показанной на рис.3, зависит от падения напряжения на резисторе R1. Выходное напрпяжение ОУ устанавливается таким, что падение напряжения на резисторе R1 оказывается равным величине входного напряжения. Можно показать, что при величине резистора
,
обеспечивается независимость выходного тока от выходного напряжения, т.е. схема работает как источник тока. При этом величина выходного тока равна
.
Сопротивление R1 выбирают достаточно малым, чтобы падение напряжения на нем не превышало нескольких вольт при максимальном вхдном управляющем напряжении. Величина сопротивления R2 обычно велика по сравнению с R1, что позволяет не нагружать источник входного сигнала Uвх и операционный усилитель. Учитывая условие R2 >>R1, получим приближенные выражения для выходного тока и сопротивления резистора R3:
Iвых ≈ Uвх/R1 и R3 ≈ R2.
Выполняя точную подстройку резистора R3 можно добиться очень большого выходного сопротивления источника тока. Недостатком схемы является то, что на величину резистора R3 оказывает влияние внутреннее сопртивление источника входного напряжения, так как оно включено последовательно с входным сопротивлением R2.
Если источник входного напряжения обладает большим выходным сопротивлением, то целесообразно использовать схему на рис.4.
В этой схеме для независимости выходного тока от выходного напряжения необходимо, чтобы
R3 = R2 - R1.
Выходной ток будет равен
Iвых ≈ Uвх/R1.
Последняя схема широко используется для передачи токового аналогового сигнала на большие растояния величиной 4-20 мА, которая принята в качестве стандартного сигнала для многих промышленных датчиков сигналов. Выриант преобразователя напряжения 0 – 10В в токовый сигнал 4-20 мА показан на рис.5.
-
Задание и порядок выполнения работы
-
Рассчитайте источник тока, схема которого представлена на рис.1 и 2. Исходные данные возьмите в таблице вариантов.
-
Исследуйте работу схемы в системе моделирования Micro CAP. В результате моделирования необходимо получить ответы на следующие вопросы:
-
чему равен выходной ток источника?
-
как изменяется величина тока источника с изменением нагрузки?
-
как изменяется напряжение на коллекторе транзистора при изменении нагрузки?
-
чему равно максимальное напряжение на нагрузке, чем оно ограничивается?
-
как изменяется напряжение на выходе при изменении входного напряжения?
-
как уменьшить влияние тока базы транзистора на выходной ток?
Рассчитайте источник тока, схема которого представлена на рис.3. Исходные данные возьмите в таблице вариантов.
Исследуйте работу схемы в системе моделирования MicroCAP. В результате моделирования необходимо получить ответы на следующие вопросы:
-
чему равен выходной ток источника?
-
как меняется ток источника при изменении входного напряжения
-
чему равно максимальное напряжение на нагрузке, чем оно ограничивается?
Исследуйте работу схемы преобразователя напряжения в ток на рис.5 в MicroCAP. Снимите в режиме DC зависимость выходного тока от входного напряжения (Uвх = 0 – 10В). Сделайте выводы.
-
Содержание отчёта
-
привести схемы и результаты проведенных экспериментов;
-
привести расчеты источников тока;
-
объяснить полученные результаты;
-
сделать выводы.
-
Контрольные вопросыТаблица вариантов
Группа А
Группа Б
№
вар
Схема
№
вар
Схема
1
2
3
1
2а
3
Iн
мА
Iн
мА
Iн
мА
Iн
мА
Iн
мА
Iн
мА
1
1
11
20
1
10
16
20
2
2
12
21
2
11
17
21
3
3
13
22
3
12
18
22
4
4
14
23
4
13
19
23
5
5
15
24
5
14
20
24
6
6
16
25
6
15
21
25
7
7
17
1
7
16
22
1
8
8
18
2
8
17
23
2
9
9
19
3
9
18
24
3
10
10
20
4
10
19
25
4
11
11
21
5
11
20
1
5
12
12
22
6
12
21
2
6
13
13
23
7
13
22
3
7
14
14
24
8
14
23
4
8
15
15
25
9
15
24
5
9
16
16
1
10
16
25
6
10
17
17
2
11
17
1
7
11
18
18
3
12
18
2
8
12
19
19
4
13
19
3
9
13
20
20
5
14
20
4
10
14
21
21
6
15
21
5
11
15
22
22
7
16
22
6
12
10
23
23
8
17
23
7
13
11
24
24
9
18
24
8
14
12
25
25
10
19
25
9
15
13
-
Какие недостатки имеют источники тока на транзисторах?
-
Нарисуйте схемы источников тока на ОУ с биполярным и полевым транзистором. Объясните работу схем. В каком диапазоне изменяется входное управляющее напряжение и выходной ток?
-
Как компенсировать влияние тока базы транзистора на величину выходного тока?
-
Нарисуйте схемы источников тока на ОУ с заземленной нагрузкой. Объясните работу схем. В каком диапазоне изменяется входное управляющее напряжение и выходной ток?
-
Приведите формулу зависимости выходного тока от входного напряжения для источника с заземленной нагрузкой.
-
Какие ограничения накладываются на входное напряжение источника? Как их преодолеть?
-
Как повысить выходное сопротивление источника тока?