Увеличьте нагрузочную способность с помощью улучшенного токового насоса Хауленда

Схемы преобразования напряжения в ток могут иметь различные формы в зависимости от способа подключения нагрузки. В случаях несимметричной нагрузки, то есть, когда один конец должен быть подключен к земле, и требуется протекание биполярного тока, можно использовать схему улучшенного токового насоса Хауленда [1]. Иногда необходимый для нагрузки ток превышает возможности одного операционного усилителя. В таком случае целесообразно рассмотреть параллельную комбинацию двух операционных усилителей, показанную на Рисунке 1.

Рисунок 1.	Параллельный операционный усилитель позволяет удвоить выходной ток улучшенного токового насоса Хауленда.

В этой схеме ведущий операционный усилитель работает как улучшенный токовый насос Хауленда, а ведомый – как усилитель тока. Поведение токового насоса описывается следующей формулой:

где

Простое соединение выходов двух усилителей не сработает, поскольку ведомый операционный усилитель будет иметь некоторое смещение напряжения, и каждый усилитель будут пытаться подтянуть выходное напряжение другого к своему выходному напряжению.

В таком состоянии ток будет течь от одной шины питания через выходной каскад одного операционного усилителя обратно во второй операционный усилитель и далее к противоположной шине. Этот ток никогда не потечет через нагрузку. Он называется циркулирующим током. Поэтому в выходные цепи необходимо включить токораспределительные резисторы (R_S). При определении сопротивлений токораспределительных резисторов исходите из того, что выходное напряжение ведомого усилителя в худшем случае будет равно выходному напряжению ведущего плюс одно напряжение смещения (V_OS). Сопротивление от выхода ведущего устройства до выхода ведомого составляет два R_S. Разумной целью является установка циркулирующего тока, равного одному проценту от тока нагрузки I_L. Затем значение R_S рассчитывается по выражению:

В схеме, показанной на Рисунке 1, можно установить предельные значения токов на выходах операционных усилителей. В этом случае предельный ток ведомого усилителя должен быть установлен примерно на 10% выше, чем у ведущего. В случае неисправности нагрузки ведущий усилитель перейдет в режим ограничения тока, тем самым снижая свое выходное напряжение. Ведомый усилитель будет отслеживать это сниженное напряжение. Если бы подчиненное устройство было настроено так, чтобы оно первым переходило в режим ограничения тока, ведущее устройство продолжало бы пытаться обеспечить требуемый ток нагрузки. Когда ведомое устройство находится в режиме ограничения тока, его выходное напряжение намного ниже, чем у ведущего, и циркулирующий ток увеличивается, что может привести к повреждению одного или обоих устройств.

Количество ведомых усилителей, которые могут быть связаны с ведущим устройством, не ограничено.

В случаях, когда схема срывается в генерацию, начните с удаления ведомого операционного усилителя и убедитесь, что ведущий каскад стабилен сам по себе. После того, как ведущий каскад станет стабильным, при необходимости можно стабилизировать ведомый.

Ссылка

1. Frederiksen, T. M.: Intuitive Operational Amplifiers, McGraw-Hill, New York, 1988

Материалы по теме

1. Datasheet Texas Instruments OPA561