Датчик тока на ОУ и транзисторе

      На базе преобразователя напряжения в ток можно построить датчик эффективный тока. Такие датчики существуют в интегральном исполнении. Так  ИС MAX471, интегрирует усилитель и 35 мОм резисторный датчик и способен к считыванию постоянных токов до 3A. ИС MAX472 может измерять большие токи, но при этом используется внешний резисторный датчик тока.  Это очень удобные датчики, поскольку они формируют сигнал о токе относительно общего провода, что позволяет упростить схемы контроля токов. Датчик MAX471 даже не требует отдельного источника питания, допуская входное напряжение до 40В.  Обе схемы чрезвычайно экономичны и могут работать в портативной аппаратуре. На рис.1. приведена упрощённая схема датичика этого типа. Произведем аналитический расчет этой схемы. При этом будем использовать простейшую модель ОУ (см. рис.3) и простешую модель транзистора (рис. 2).

Рис. 1. Интегральный датчик тока

>	restart:with(MSpice): Devices:=[[OP,DC1,2],[BJT,DC1,3]]: ESolve(Q,`DT-PSpiceFiles/SCHEMATIC1/SCHEMATIC1.net`):

MSpice v8.92:   http://pspicelib.narod.ru

Заданы источники: [Jэ1, Iвх]

Заданы узлы: {}

Получены решения:

V_NET:=[VOUT, V1, V5, V4, V3]:

J_NET:=[JRэб1, Jвх, JRs, JR1, JRн, JR2]:

Найдем коэффициент передачи.

>	VOUT:=simplify(VOUT);

Для упрощения формул примем, что ОУ идеальные и обладают бесконечным усилением.

>	OUT:=simplify(limit(VOUT,A1=infinity));

Для дальнейшего упрощения формул примем, что транзистор имеет большое усиление

>	OUT:=Limit(OUT,beta1=infinity)=simplify(limit(OUT,beta1=infinity));

Тогда крутизна прееобразования тока в напряжение будет определяться выражением

>	S=rhs(OUT)/Iвх;

Очевидно, что требуемый коэфициент преобразования S легко установить выбором Rн.
Окончательно получаем следующее простое выражение дла напряжения на Rн.

>	OUT:=subs(Iвх*Rs*Rн/R2=S,rhs(OUT))*Iвх; S:=rhs(%%)/Iвх:

Для схемы с указанными номиналами имеем.

>	Values(DC,RLCVI,[]):

Номиналы компонентов:   

Rs:=0.035:  [0.035]

R1:=70:  [70]

Rн:=2e3:  [2K]

R2:=70:  [70]

A1:=1e6:  [1e6]

beta1:=100:  [100]

Jэ1:=1e-3:

Rэб1:=(k*Tkelvin/e*(1+beta1)/Jэ1):

e:=.1602176462e-18:

k:=.1380650277e-22:

Tkelvin:=300:  [300]

DC источник: Iвх:=1:

>	Iвх:=Iвх; S:=S; OUT:=OUT; VOUT:=VOUT,` при отсутствии идеализации`;

Таким образом, крутизна преобразования тока в напряжения нашей схемы 1 В/А.