Программно-управляемый точный источник тока

При добавлении нескольких недорогих миниатюрных компонентов вчерашний нерегулируемый источник тока, управляемый напряжением, превращается в программируемый источник тока, управляемый напряжением (Рисунок 1). Цифровой потенциометр (ЦП) IC₁ в сочетании с прецизионным операционным усилителем IC₂ устанавливает ток I_SET через проходной транзистор, а шунтовой регулятор IC₃ обеспечивает на ЦП постоянное опорное напряжение. Работая в линейной области, транзистор управляет током нагрузки в ответ на приложенное напряжение затвора. Каждое приращение кода цифрового потенциометра увеличивает или уменьшает напряжение движка V_IN+ на неинвертирующем входе операционного усилителя. Таким образом, V_IN+ изменяется относительно опорного напряжения, которое, в свою очередь, остается стабильным относительно шины питания:

где

R_TOT – полное сопротивление цифрового потенциометра,
N_STEPS – полное количество шагов ЦП.

Рисунок 1.	Этот программируемый источник тока подает ток в нагрузку 256 равными шагами.

В настоящее время доступно множество типов цифровых потенциометров, интерфейс которых, помимо жесткого, может быть одно-, двух- или трехпроводным. Например, ЦП IC₁ имеет трехпроводный интерфейс SPI и обеспечивает сопротивление между концами 50 кОм с 256 промежуточными значениями. Таким образом, каждое смещение движка цифрового потенциометра изменяет V_IN+ на

Операционный усилитель IC₂ стабилизирует ток через проходной транзистор, а цифровой потенциометр задает ток через резистор R_SENSE. Падение напряжения на резисторе R_SENSE определяет ток I_SET через проходной транзистор:

Схема может обеспечить любой уровень тока, при котором внешние компоненты – R_SENSE и проходной транзистор – могут выдержать соответствующую рассеиваемую мощность (P = I_V). Поскольку цифровые потенциометры хорошо устанавливают соотношение сопротивлений с типичным логометрическим температурным коэффициентом сопротивления 5 ppm/°C), точность и стабильность источника тока в первую очередь зависят от точности и стабильности микросхемы IC₃ и резистора R_SENSE.

Материалы по теме

1. Datasheet Maxim MAX4165
2. Datasheet Maxim MAX5400
3. Datasheet Maxim MAX6138