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Due amplificatori e due transistor possono rendere più accurata la conversione tensione/corrente

Dalla rivista:
Elettronica Oggi

 
Pubblicato il 3 dicembre 2009

Molti sistemi circuitali richiedono sorgenti di corrente controllate in tensione di grande precisione, soprattutto in presenza di carichi variabili. L’approccio tradizionale basato su un unico amplificatore e su una manciata di componenti passivi attorno può ingenerare errori causati dalle caratteristiche non lineari intrinseche di taluni dispositivi che mostrano spesso componenti non trascurabili di guadagno ad anello aperto, reiezione di modo comune, corrente di polarizzazione e tensione di offset. I progetti basati su amplificatori operazionali, per esempio, possono aver bisogno di resistori di precisione per poter determinare il guadagno e opportuni condensatori per stabilizzarlo. Di conseguenza, alcuni circuiti finiscono poi per fornire in uscita correnti che non sono direttamente proporzionali alla tensione d’ingresso.

Fig. 1 - Questo convertitore tensione/corrente sfrutta la circostanza che la corrente di collettore è circa uguale a quella d’emettitore e così può erogare la corrente d’uscita in un’unica direzione

Il convertitore tensione/corrente illustrato nella figura 1 sfrutta la circostanza che la corrente di collettore rimane sempre approssimativamente uguale alla corrente dell’emettitore e così può garantire un’erogazione di corrente monodirezionale. Usando questo principio si può realizzare il circuito generatore di corrente controllato in tensione mostrato nella figura 2 che usa due amplificatori e due transistor e fornisce un’accuratezza dello 0,01%. Questo generatore di corrente accetta in ingresso da -10 a +10 V di tensione ed eroga in uscita una corrente direttamente proporzionale ad essa ed estremamente precisa fino a 90 mA.

Fig. 2 - Questo circuito di conversione tensione/corrente usa due amplificatori e due transistor per offrire un’elevata accuratezza in un ampio range di condizioni operative

I due amplificatori da strumentazione Analog Devices AD620 garantiscono bassi consumi, minima deriva termica ed ottima precisione e si occupano del controllo della polarizzazione e della correzione degli errori, ma non influiscono sulla corrente d’uscita, giacché di questa si occupano i due transistor Q1 e Q2, il cui guadagno determina anche il livello della corrente erogata. Nei due amplificatori può comunque essere regolato il guadagno da 0 a 10000 fino a decidere la miglior accuratezza possibile anche sui livelli d’ingresso di 1 mV, bastando connettere un solo resistore di valore opportuno fra gli ingressi degli integrati IC1 e IC2 per ottenere il guadagno desiderato.

Il primo amplificatore IC1 controlla la tensione di base nello stadio d’uscita push-pull, mentre i resistori e i diodi a loro attorno decidono la polarizzazione dei transistor Q1 e Q2, eliminando la distorsione d’intermodulazione. L’IC2 provvede alla correzione errori e determina il voltaggio di polarizzazione base/tensione. L’errore di tensione si può misurare in forma differenziale sulla giunzione fra D1 e D2 rispetto alla tensione d’uscita e questo valore può essere riportato al pin di riferimento sull’IC1 dove si somma alla tensione d’ingresso. Tutto ciò fornisce come risultato una corrente d’uscita direttamente proporzionale alla tensione d’ingresso e garantisce un’accuratezza dello 0,01% su tutto l’intervallo di ±10 V in continua e dello 1,5% in alternata a 1 kHz con tensione d’uscita di ±5 Vp-p.

Le equazioni per il calcolo della corrente d’uscita sono le seguenti:
VoutIC1 = [(V+IC1 – V-IC1)•AIC1 + VrefIC1]•VrefIC1 = VoutIC2 = (V+IC2-V-IC2)•AIC2 + VrefIC2 ,
Vout = VoutIC1 = (V+IC1-V-IC1)•AIC1 + (V+IC2-V-IC2)•AIC2 + VrefIC2 ,
dove V+IC1 = Vin, V-IC1 = 0, AIC1 = AIC2 = 1, VrefIC2 =0 .
Perciò Vout = V+IC1 + (V+IC2-V-IC2) e dunque Iout = Vin/RL .
Questo circuito garantisce un ampio range d’uscita e ha il pregio di erogare una corrente direttamente proporzionale alla tensione d’ingresso, molto lineare ed estremamente precisa, come si evince dalla figura 3.

Fig. 3 - Caratteristiche del circuito precedente che mostrano un ampio range d’uscita e una corrente d’uscita lineare, precisa e direttamente proporzionale alla tensione d’ingresso
 

Frank Ciarlone, Analog Devices

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