http://pspicelib.narod.ru

Генератор стабильного тока с заземлённой нагрузкой
Схема Хоуленда с буферным усилителем

       Для поклонников PSpice работа с идеальными ОУ приведет в шок, это же нереально. Однако при аналитических расчетах идеализация ОУ позволяет исследовать сдвойства схем с ОУ, которые определяются только внешними обратными связями. Это возволяет найти базовые соотношения для расчета и оптимизации схем. Модель ОУ всегда можно усложнить, но только в тех случаях, когда это оправдано. Применение для аналитических расчетов сложных моделей ОУ будет порождать более сложные решения, в которых можно утонуть. Вы всегда можете смоделировать параметры неидеальности ОУ подключением внешних по отношению к идеальному ОУ, компонентов. Тогда это будет наглядно и понятно. Усложненная макромодель будет порождать дополнительные внутренние узлы и компонеты, которых вы не ожидаете. Такие модели есть для НОС и ТОС ОУ. Перед их использованием необходимо изучить структуру модели, чтобы понимать появляющиеся в уравнениях переменные.

Рис. 1. Схема генератора стабтльного тока

[Maple Bitmap]

>    restart:with(MSpice):Devices:=[Одинаковые,[OP,DC1,2]]:
ESolve(L,`op-PSpiceFiles/SCHEMATIC1/SCHEMATIC1.net`):

[Maple Plot]

`DC1 линейная модель ОУ`

`Cистема Кирхгофа`

V4 = A*(V1-V2)

(Vinp-VINP)/RS-(VINP-V1)/R1 = 0

V3 = A*(`VОUT`-V3)

-V2/R3-(V2-V4)/R4 = 0

-`VОUT`/`Zн`+(V4-`VОUT`)/Rh = 0

(VINP-V1)/R1+(V3-V1)/R2 = 0

{V3, VINP, `VОUT`, V4, V1, V2}

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

Заданы источники: [Vinp]

Заданы узлы: {VN113628}

Получены решения:

V_NET:=[V3, VINP, VОUT, V4, V1, V2]:

J_NET:=[JVinp, JZн, JR1, JR3, JR4, JRh, JR2, JRS]:

Найдем ток нагрузки в этой схеме и построим нагрузочную характеристику.

>    IZн[А<>infinity]:=simplify(VОUT/Zн,'size');

`IZн`[`А` <> infinity] := A*(1+A)*R2*Vinp*(R3+R4)/(((`Zн`*R2+Rh*(R2+RS+R1))*R3-`Zн`*R4*(R1+RS))*A^2+2*(R3+1/2*R4)*(Rh+`Zн`)*(R2+RS+R1)*A+(Rh+`Zн`)*(R3+R4)*(R2+RS+R1))

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

>    IZн[А=infinity]:=collect(limit(IZн[А<>infinity],A=infinity),s);

`IZн`[`А` = infinity] := R2*Vinp*(R3+R4)/(Rh*R1*R3-`Zн`*R1*R4+Rh*R2*R3-RS*`Zн`*R4+RS*Rh*R3+`Zн`*R2*R3)

Найдем  условия при которых схема работает как источник тока управляемый напряжением

>    R1:=solve(0=diff(denom(%),Zн),R1);

R1 := (-RS*R4+R2*R3)/R4

>    IZн[А=infinity]:=simplify(IZн[А=infinity],'size');

`IZн`[`А` = infinity] := Vinp*R4/Rh/R3

Тогда при А=10000 и R2=R3=R4=10K получим величину R1.

>    R1:=subs(A=1e4,R2=1e4,R3=1e4,R4=1e4,RS=100, R1);

R1 := 9900.

Подадим на вхлд напряжение 1 В  и построем нагрузочные характеристики (Рис. 10).

>    Values(DC,RLCVI,["Zн"]):

Номиналы компонентов:   

R1:=9900:  [9900.]

R3:=10e3:  [10K]

R4:=10e3:  [10k]

Rh:=10:  [10]

R2:=10e3:  [10k]

RS:=100:  [100]

A:=1e4:  [1e4]

DC источник: Vinp:=1:

>    IZн[А<>infinity]:=IZн[А<>infinity];
print(`При идеальных ОУ`);IZн[А=infinity]:=IZн[А=infinity];
ploth([IZн[А<>infinity],IZн[А=infinity]],Zн=25..100,
"3) Нагрузочные характеристики для схемы рис.8 del[A=10000,А=infinity]");

`IZн`[`А` <> infinity] := .2000200e17/(.2000600040e18+.6000400000e13*`Zн`)

`При идеальных ОУ`

`IZн`[`А` = infinity] := .1000000000

[Maple Plot]

Результаты показывают (рис. 2), что идеальная балансировка теоритечески возможна.
Недостаток схемы (рис. 1)  также состоит в том, что внутреннее сопротивление RS управляющего источника напряжения Vinp входит в выражения для тока и для R1  (оно добавляется к сопротивлению резистора R1, подключенного к входу схемы). В резульгате полная балансировка источника тока невозможна, если внутреннее сопротивление источника управляющего сигнала плавает. Недостаток можно устранить установкой ещё одного, в качестве входного буфера. однако это усложнение сжемы, которое не всегда эффективно особенно когда много ОУ соединены последовательно друг за другом.

Hosted by uCoz