PL220502B1 - Układ sterowanego bipolarnego źródła prądowego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ sterowanego bipolarnego źródła prądowego.

W technice znane są sterowane bipolarne źródła prądowe, zrealizowane w wersjach dyskretnej lub scalonej i wykorzystywane, między innymi, do zasilania elektromagnesów, polaryzacji czujników pomiarowych. Modulacja efektywnej szerokości bazy tranzystora, tzw. efekt Early'ego, w stopniu wyjściowym źródła, spowodowana zmianami napięcia kolektor-baza tranzystora w wyniku zmian rezystancji obciążenia lub natężenia prądu wyjściowego, wpływa niekorzystnie na jakość stabilizacji natężenia prądu wyjściowego.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 214 903 układ bipolarnego źródła prądowego z eliminacją wpływu efektu Early'ego, w którym emiter tranzystora jest połączony z pierwszym zaciskiem rezystora pierwszego i wejściem odwracającym wzmacniacza operacyjnego oraz drugi zacisk rezystora pierwszego jest połączony z masą układu, przy czym baza tranzystora jest połączona z wyjściem wzmacniacza operacyjnego, natomiast kolektor tranzystora jest połączony z pierwszym zaciskiem rezystora drugiego i wejściem odwracającym wzmacniacza pomiarowego, zaś drugi zacisk rezystora drugiego jest połączony z wejściem nieodwracającym wzmacniacza pomiarowego, charakteryzujący się tym, że wejście nieodwracające wzmacniacza operacyjnego jest połączone ze źródłem napięcia referencyjnego jest to, że wyjście wzmacniacza pomiarowego jest połączone z pierwszym wejściem analogowego układu sumującego, źródło napięcia wzorcowego jest połączone z drugim wejściem analogowego układu sumującego, źródło napięcia referencyjnego jest połączone z trzecim wejściem analogowego układu sumującego oraz wyjście analogowego układu sumującego jest połączone z wejściem wzmacniacza mocy, którego wyjście jest połączone z drugim zaciskiem rezystora drugiego. Układ zapewnia stałą wartość napięcia kolektor-emiter tranzystora wyjściowego.

Z literatury znane są, między innymi, źródła prądowe o bardzo wysokiej rezystancji wyjściowej K Hayatleh, N Terzopoulos and B L Hart, A very high output resistance current source, Meas. Sci. Techno. 18, 2007, N9-N11 zrealizowane w technologii bipolarnej oraz źródło prądowe ze sterowanym napięciem zasilania - Jarosław Sikora, Current source with controlled power supply voltage, Electron Technology Conference 2013, edited by Pawel Szczepański, Ryszard Kisiel, Ryszard S. Romaniuk, Proc. of SPIE Vol. 8902, 89020Y1-7, zrealizowane w technologii bipolarnej i zapewniające stałą wartość napięcia kolektor-emiter tranzystora w stopniu wyjściowym źródła.

Z opisu patentowego US nr 6,680,642 B2 znane jest analogowe bipolarne źródło prądowe zawierające rezystor detekcji natężenia prądu połączony szeregowo z rezystancją obciążenia, wzmacniacz pomiarowy oraz wyjściowy wzmacniacz napięciowy zapewniające precyzyjną regulację natężenia prądu obciążenia.

Istotą układu sterowanego bipolarnego źródła prądowego, w którym zacisk pierwszy źródła napięcia referencyjnego pierwszego jest połączony z wejściem nieodwracającym wzmacniacza operacyjnego pierwszego, wejście odwracające wzmacniacza operacyjnego pierwszego jest połączone z pierwszym zaciskiem rezystora referencyjnego i emiterem tranzystora bipolarnego, baza tranzystora bipolarnego jest połączona z wyjściem wzmacniacza operacyjnego pierwszego, zaś kolektor tranzystora bipolarnego jest połączony z pierwszym zaciskiem rezystora obciążenia oraz drugi zacisk źródła napięcia referencyjnego pierwszego jest połączony z drugim zaciskiem rezystora referencyjnego i drugim zaciskiem źródła napięcia referencyjnego drugiego jest to, że pierwszy zacisk źródła napięcia referencyjnego drugiego jest połączony z wejściem nieodwracającym wzmacniacza operacyjnego drugiego, którego wyjście jest połączone z drugim zaciskiem rezystora obciążenia, baza tranzystora bipolarnego jest połączona z wejściem odwracającym wzmacniacza pomiarowego, kolektor tranzystora bipolarnego jest połączony z wejściem nieodwracającym wzmacniacza pomiarowego, zaś wyjście wzmacniacza pomiarowego jest połączone z wejściem odwracającym wzmacniacza operacyjnego drugiego.

Układ sterowanego bipolarnego źródła prądowego według wynalazku posiada prostą konstrukcję, sprzyjającą realizacji w postaci układu scalonego. Dzięki niezależnej stabilizacji natężenia prądu emitera i napięcia kolektor-baza tranzystora bipolarnego stopnia wyjściowego źródła, nie występuje modulacja efektywnej szerokości bazy tranzystora i zapewnione są precyzyjny dobór oraz wysoka jakość stabilizacji natężenia prądu obciążenia.

Wynalazek jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym uwidoczniono schemat ideowy układu sterowanego bipolarnego źródła prądowego.

PL 220 502 B1

Układ sterowanego bipolarnego źródła prądowego zawiera: rezystor referencyjny Rref1, wzmacniacz operacyjny pierwszy WO1, tranzystor bipolarny T1, rezystor obciążenia wzmacniacz operacyjny drugi WO2, wzmacniacz pomiarowy WP1, źródła Uref1, Uref2 napięć referencyjnych. Zacisk pierwszy źródła Uref1 napięcia referencyjnego pierwszego jest połączony z wejściem nieodwracającym wzmacniacza WO1 operacyjnego pierwszego, wejście odwracające wzmacniacza WO1 operacyjnego pierwszego jest połączone z pierwszym zaciskiem rezystora referencyjnego Rref i emiterem tranzystora T1 bipolarnego, zaś baza tranzystora T1 bipolarnego jest połączona z wyjściem wzmacniacza WO1 operacyjnego pierwszego natomiast kolektor tranzystora T1 bipolarnego jest połączony z pierwszym zaciskiem rezystora R1 obciążenia, drugi zacisk źródła napięcia Uref1 referencyjnego pierwszego jest połączony z drugim zaciskiem rezystora Rref1 referencyjnego i drugim zaciskiem źródła napięcia Uref2 referencyjnego drugiego, zaś pierwszy zacisk źródła napięcia Uref2 referencyjnego drugiego jest połączony z wejściem nieodwracającym wzmacniacza WO2 operacyjnego drugiego. Baza tranzystora T1 bipolarnego jest połączona z wejściem odwracającym wzmacniacza WP1 pomiarowego, kolektor tranzystora T1 bipolarnego jest połączony z wejściem nieodwracającym wzmacniacza WP1 pomiarowego, zaś wyjście wzmacniacza WP1 pomiarowego jest połączone z wejściem odwracającym wzmacniacza WO2 operacyjnego drugiego, natomiast wyjście wzmacniacza WO2 operacyjnego drugiego jest połączone z zaciskiem drugim rezystora RL obciążenia. Wzmacniacz WO1 operacyjny pierwszy porównuje napięcie Uref1 referencyjne pierwsze ze spadkiem potencjału na rezystorze Rref1 referencyjnym i wzmocnionym napięciowym sygnałem błędu steruje bazę tranzystora T1 bipolarnego w celu zapewnienia stałej wartości natężenia prądu emitera, natomiast wzmacniacz WO2 operacyjny drugi w obwodzie ujemnego sprzężenia zwrotnego zapewnia stałą wartość napięcia kolektor-baza równą napięciu Uref2 referencyjnemu drugiemu, dzięki czemu nie występuje modulacja efektywnej szerokości bazy tranzystora T1 bipolarnego.

Claims (1)

1. Układ sterowanego bipolarnego źródła prądowego, w którym zacisk pierwszy źródła napięcia referencyjnego pierwszego jest połączony z wejściem nieodwracającym wzmacniacza operacyjnego pierwszego, wejście odwracające wzmacniacza operacyjnego pierwszego jest połączone z pierwszym zaciskiem rezystora referencyjnego i emiterem tranzystora bipolarnego, baza tranzystora bipolarnego jest połączona z wyjściem wzmacniacza operacyjnego pierwszego, zaś kolektor tranzystora bipolarnego jest połączony z pierwszym zaciskiem rezystora obciążenia oraz drugi zacisk źródła napięcia referencyjnego pierwszego jest połączony z drugim zaciskiem rezystora referencyjnego i drugim zaciskiem źródła napięcia referencyjnego drugiego, znamienny tym, że pierwszy zacisk źródła (U_ref1) napięcia referencyjnego drugiego jest połączony z wejściem nieodwracającym wzmacniacza (W2) operacyjnego drugiego, którego wyjście jest połączone z drugim zaciskiem rezystora (Rl) obciążenia, baza tranzystora (T1) bipolarnego jest połączona z wejściem odwracającym wzmacniacza (WP1) pomiarowego, kolektor tranzystora (T1) bipolarnego jest połączony z wejściem nieodwracającym wzmacniacza (WP1) pomiarowego, zaś wyjście wzmacniacza (WP1) pomiarowego jest połączone z wejściem odwracającym wzmacniacza (WO2) operacyjnego drugiego.