Источник тока с высоким выходным сопротивлением

Журнал РАДИОЛОЦМАН, март 2019

Clayton Grantham

EDN

От источника опорного тока требуются высокая точность, низкий температурный дрейф и большое выходное сопротивление. Имеющиеся на рынке микросхемы источников тока отвечают некоторым из этих требований. Однако при уровнях тока более 1 мА их выходное сопротивление снижается до значений менее 10 МОм. На Рисунке 1 показана конфигурация составного источника тока 10 мА, способного работать в диапазоне напряжений от 5 до 42 В, с погрешностью установки тока менее 1%, температурным дрейфом менее 45 ppm /°C и выходном сопротивлением более 100 МОм. Одним из применений этого точного 10-миллиамперного источника тока с высоким выходным сопротивлением может быть калибровка токовой петли 4-20 мА, работающей при максимальным напряжении 40 В в промышленном диапазоне температур от –40 °C до +85 °C.

Рисунок 1.	Такое сочетание источника опорного напряжения и линейного стабилизатора напряжения обеспечивает высокое выходное сопротивление.

Выходной ток I_OUT определяется выходным напряжением V_REF микросхемы IC₁ и сопротивлением резистора R₁. Ток равен сумме V_REF/R₁ и собственного тока микросхемы IC₁, типовое значение которого составляет 50 мкА. При выходном токе I_OUT = 10 мА эти 50 мкА вносят небольшую ошибку менее 0.05%, а изменение тока в диапазоне температур от –40 °C до +85 °C не превышает 10 мкА. Температурная зависимость V_REF и R₁ оказывает прямое и более серьезное влияние на точность I_OUT и температурный коэффициент схемы. В источнике использованы обычные недорогие резисторы с допуском 0.1% и температурным дрейфом 25 ppm/°C. Согласно данным технического описания, точность выходного напряжения V_REF микросхемы LM4130 в диапазоне температур от –40 °C до +85 °C равна 0.05%, а температурный дрейф – 20 ppm/°C. Таким образом, в самом худшем случае ошибка установки тока составит 0.15% и 45 ppm/°C, что определяет верхний предел погрешности в диапазоне температур, равный 0.45% или 45 мкА.

Характеристики схемы будут ухудшаться, если ее выходное сопротивление не будет очень высоким. Выходное сопротивление определяется паразитной составляющей тока, параллельной выходному току I_OUT. Выходное сопротивление источника тока зависит от произведения коэффициентов стабилизации по входному напряжению микросхем IC₁ и IC₂. Выходное напряжение 1.2 В микросхемы IC₂ поддерживает разность входного и выходного напряжений IC₁ почти на постоянном уровне. Коэффициенты стабилизации по входному напряжению микросхем IC₁ и IC₂ в диапазоне температур равны 500 ppm/В и 350 ppm/В, соответственно. Выходное сопротивление более 300 МОм было бы хорошим значением, если бы вы рассчитывали его, учитывая только влияние коэффициентов стабилизации. Но, хотя коэффициент стабилизации по входу и является доминирующим фактором, определяющим выходное сопротивление, температурный дрейф других параметров снижает его в полном диапазоне рабочих температур. Лабораторные измерения показали, что выходное сопротивление описанной схемы превышает 300 МОм при температуре 25 °C и 100 МОм в диапазоне температур от –40 до +85 °C.

Материалы по теме