Прецизионный программируемый источник тока, управляемый цифровым потенциометром

Журнал РАДИОЛОЦМАН, февраль 2019

Схема, показанная на Рисунке 1, реализует программируемый прецизионный источник тока 0–20 мА. REF192 – низковольтный источник опорного напряжения 2.5 В (U1), способный отдавать вытекающий ток до 30 мА. Цифровой потенциометр AD5280 (U2) управляет соотношением сопротивлений плеч делителя напряжения опорного источника. Операционный усилитель OP1177 (U3) замыкает петлю обратной связи, стремясь свести к нулю разность напряжений V_L и V_W.

Рисунок 1.	В этот прецизионном программируемом источнике тока 0-20 мА использован цифровой потенциометр (U2), управляющий соотношением сопротивлений плеч делителя напряжения опорного источника.

В начальном положении движка цифрового потенциометра, где V_WB ≈ 0 В, падение напряжения на R_SET будет близко к 0 В, и ток не будет течь через нагрузку. Выходное напряжение опорного источника также будет близко к нулю, поэтому потенциал узла GND будет равен –2.5 В. В верхнем положении движка цифрового потенциометра потенциал узла GND будет смещен до напряжения V_L, и напряжение на выходе опорного источника, соответственно, установится на уровне 2.50 В + V_L. Разделив напряжение между выводами B и W (V_REF × D/2^N) на R_SET, можно получить общее уравнение для тока нагрузки. R_SET определяет диапазон возможных токов нагрузки

(1)

где

• V_REF – номинальное опорное напряжение REF192,
• D – десятичный эквивалент входного кода AD5280,
• N – разрешение AD5280.

Для достижения максимальной эффективности выбирайте самое низкое сопротивление R_SET и самое низкое напряжение V_REF, при котором еще возможно обеспечить требуемый выходной ток.

При R_SET = 124.03 Ом и значениях сопротивления нагрузки, равных 24.85 Ом, 51.093 Ом и 75.05 Ом, проведенные лабораторные измерения зависимости выходного тока от 8-битного управляющего кода цифрового потенциометра показали близкое соответствие с идеальной зависимостью, описываемой уравнением (1). Пользователи должны обращать внимание на сопротивление нагрузки, поскольку с его увеличением увеличивается напряжение V_L, которое не может выйти за пределы шин питания операционного усилителя. Кроме того, от V_L зависит напряжение на выводе GND микросхемы REF192, которое ограничивает рабочий диапазон схемы.

Показанный на Рисунке 2 прецизионный программируемый источник тока 0-100 мА с однополярным питанием может использоваться в таких приложениях, как драйверы лазерных диодов и перестраиваемые лазеры, которым требуется сочетание повышенного тока и высокой точности. С этой схемой вся система может работать от однополярного источника +5 В, в отличие от предыдущей схемы, которой требовалось питание ±5 В.

Рисунок 2.	Этот прецизионный программируемый источник тока 0-100 мА может использоваться, например, для управления лазерными диодами.

Это преимущество обусловлено тем, что напряжение на выводе земли источника опорного напряжения AD1582 теперь изменяется строго в положительной области. В результате появляется возможность использовать цифровой потенциометр и операционные усилители с однополярным питанием – AD5160 и AD8532, соответственно.

То же самое общее уравнение тока (1) применимо и к этой схеме. При R_SET = 24.82 Ом и сопротивлениях нагрузки, равных 5.185 Ом, 14.946 Ом и 19.97 Ом, проведенные лабораторные измерения зависимости выходного тока от 8-битного управляющего кода цифрового потенциометра, опять же, показали близкое соответствие с идеальной зависимостью, предсказанной уравнением (1).

Важно отметить, что использовался p-канальный MOSFET, а не n-канальный. При использовании n-канального MOSFET напряжение истока увеличивалось бы с ростом тока, что приводило бы к уменьшению напряжения затвор-исток. Это ограничивало бы ток стока, противореча назначению схемы. P-канальный MOSFET не подвержен такой проблеме, так как его исток подключен к шине питания.

На первый взгляд может показаться, что p-канальный МОП-транзистор и AD8532 образуют систему с положительной обратной связью. Однако транзистор, включенный в цепь обратной связи, добавляет дополнительную инверсию сигнала, обеспечивая в петле общую отрицательную обратную связь. В заключение следует отметить, что для уменьшения напряжения ошибки делителя, вносимой неидеальностью сопротивления цифрового потенциометра и его движка, использовалась версия AD5160 с сопротивлением 100 кОм.

Материалы по теме