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
> | restart:with(MSpice):Devices:=[Одинаковые,[OP,DC1,2]]: ESolve(L,`op-PSpiceFiles/SCHEMATIC1/SCHEMATIC1.net`): |
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'); |
Для упрощения формул примем, что ОУ идеальные и обладают бесконечным усилением.
> | IZн[А=infinity]:=collect(limit(IZн[А<>infinity],A=infinity),s); |
Найдем условия при которых схема работает как источник тока управляемый напряжением
> | R1:=solve(0=diff(denom(%),Zн),R1); |
> | IZн[А=infinity]:=simplify(IZн[А=infinity],'size'); |
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); |
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]"); |
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.