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Este artículo, que forma parte de la colección de circuitos analógicos de AAC, presenta una fuente de corriente de alto rendimiento que solo requiere unos pocos componentes disponibles.

Cuando todo lo que está haciendo es dibujar un esquema, las fuentes de voltaje y las fuentes de corriente son igualmente fáciles de implementar. Sin embargo, después de ingresar al mundo real del diseño de circuitos, gradualmente nos damos cuenta de que generar una corriente más o menos constante es, por alguna razón, mucho más difícil que generar un voltaje más o menos constante. Sin embargo, esto no cambia el hecho de que las fuentes actuales a veces son muy útiles, y es bueno que los ingenieros inteligentes hayan creado una variedad de circuitos prácticos de fuente actual.

Resumen de la fuente actual

En este artículo, quiero compartir con ustedes una fuente actual interesante que encontré en una nota de aplicación antigua publicada por Linear Technology. Primero, sin embargo, debo mencionar otros tipos de fuentes actuales que se discuten en los artículos existentes de AAC.

Si desea bajar al nivel de transistor, tenemos artículos sobre el espejo de corriente MOSFET y el espejo de corriente BJT. Si prefiere usar amplificadores operacionales, la bomba de corriente Howland produce una corriente controlada por voltaje y requiere solo un amplificador operacional y cuatro resistencias.

La bomba de corriente de Howland.

Si no le gusta trabajar con transistores discretos y (por alguna razón) no tiene ningún amplificador operacional a la mano, tal vez quiera considerar convertir uno de sus reguladores de voltaje lineal en una fuente de corriente.

La fuente actual de Jim Williams

Este no es de ninguna manera el nombre oficial del circuito, y ciertamente no quiero dar a entender que es la única fuente actual que Jim Williams diseñó nunca. No me sorprendería saber que surgió con media docena de productos innovadores. , topologías de fuente de corriente de alto rendimiento. No obstante, él es el autor de la nota de la aplicación y no sé qué más puedo llamar al circuito.

Como se muestra en el esquema a continuación, esta fuente de corriente requiere dos circuitos integrados de amplificador y algunos pasivos.

Diagrama tomado de la hoja de datos del LT1102.

El LT1006 es un típico amplificador operacional de precisión, y el LT1102 es un amplificador de instrumentación de alta precisión. La nota de aplicación se publicó en 1991, por lo que estos son algunos IC antiguos. Utilicé el LT1006 y el LT1102 en mi simulación (que se analizará en el próximo artículo) solo para garantizar que todo en la simulación sea coherente con el diseño original, y, en realidad, Digi-Key aún categoriza estas dos partes como "activas . ”Sin embargo, lo aliento a que experimente con algunos reemplazos más nuevos (y probablemente de mayor rendimiento) para estos IC heredados.

La siguiente lista destaca algunas de las características de la topología de fuente actual de Jim Williams.

• Está controlado por voltaje y es bidireccional: la magnitud y la dirección de la corriente de carga están determinadas por la magnitud y la polaridad del voltaje de entrada.
• Se hace referencia a tierra; Un lado de la resistencia de carga está conectado directamente a tierra.
• Como lo indica la ecuación incluida en el diagrama anterior, la magnitud de la corriente también está influenciada por R, es decir, el valor de la resistencia colocada entre los terminales de entrada del amplificador de instrumentación.
• Si utiliza una resistencia de muy alta precisión para R, de modo que el error introducido por este componente es insignificante, la precisión inicial y la estabilidad de la temperatura del circuito corresponden a la precisión de la ganancia y al coeficiente de temperatura del amplificador de instrumentación.
• El circuito tiene buena estabilidad y es compatible con cambios rápidos en el voltaje de entrada.

Entendiendo el circuito

La clave para el funcionamiento de esta fuente de corriente es el uso del amplificador de instrumentación. Al detectar el voltaje a través de una resistencia fija que es en serie con En la carga, podemos generar una corriente de salida que no está influenciada por el valor de la resistencia de carga.

A continuación se muestra mi intento de explicar paso a paso cómo funciona este circuito.

1. El amplificador operacional (A1) está funcionando en una configuración de retroalimentación negativa. La presencia del amplificador de instrumentación (A2) en la trayectoria de realimentación no cambia el hecho de que el bucle de realimentación se haya cerrado.
2. La presencia de retroalimentación negativa nos permite utilizar el supuesto virtual corto. Por lo tanto, la salida de A2 debe ser igual a la tensión de entrada.
3. La condición virtual corta no sale de la nada; más bien, el corto virtual se impone por la acción del terminal de salida del amplificador operacional. Como A2 tiene una ganancia de 100, la salida de A1 hará lo que sea necesario para garantizar que la tensión en R sea igual a la tensión de entrada dividida por 100.
4. Dado que R es una resistencia fija, y dado que la tensión en R es siempre proporcional a la tensión de entrada, sabemos por la ley de Ohm que la corriente a través de R siempre será proporcional a la tensión de entrada.
5. Dado que la carga está en serie con la resistencia R, la corriente de salida siempre es proporcional a la tensión de entrada, independientemente de la resistencia de la carga (por supuesto, dentro de los límites, por ejemplo, no podrá conducir 10 mA a través de 1 MΩ carga a menos que pueda encontrar amplificadores que acepten voltajes de alimentación de hasta 10,000 V o menos).
6. El condensador y la otra resistencia determinan la respuesta de frecuencia del circuito, y asumo que los valores se han elegido para crear un margen de fase deseable.

Conclusión

Hemos analizado una topología directa de fuente de corriente bidireccional que se basa en un amplificador operacional de alta precisión y un amplificador de instrumentación de alta precisión. En el siguiente artículo, usaremos algunas simulaciones de LTspice para explorar más a fondo la operación y el rendimiento de este circuito.