Электронный эквивалент мощного переменного резистора

Bogdan Raducanu

EDN

Для проверки блоков питания или аккумуляторов обычно требуется нагрузка в виде источника постоянного тока. Однако иногда бывает нужно изучить поведение устройства при резистивной нагрузке. Использование потенциометра большой мощности может быть неоправданно дорогим решением. Альтернативный подход обеспечивает схема на Рисунке 1, работающая как мощный резистор, который подключается между клеммами P₁ и P₂.

Рисунок 1.	Сопротивление канала MOSFET изменяется, выполняя функцию переменного резистора.

Чтобы понять, как работает эта схема, представим, что операционный усилитель идеален и что общее сопротивление R₂ и R₃ превышает сопротивление мощного резистора (на рисунке не показан). R₂ и R₃ образуют делитель, выходное напряжение которого равно:

Операционный усилитель поддерживает напряжение на R₁, равным опорному напряжению V_REF, поэтому ток через резистор R₁ будет соответствовать выражению:

Подставляя первое выражение во второе, получаем:

Если пренебречь током, идущим через R₂ и R₃, то ток резистора будет равен входному току, согласно следующей формуле:

Эта формула показывает линейную зависимость входного тока от входного напряжения. Таким образом, схема между клеммами P₁ и P₂ ведет себя как резистор. Тогда формула приобретает вид:

где

– коэффициент, больший единицы, на который умножается R₁. Если сопротивление R₂ или R₃ заменить потенциометром, схема превратится в переменный резистор. Стоимость подходящего для этой схемы транзистора и резистора R₁ вместе с остальными компонентами меньше, чем у переменного резистора, способного рассеивать такую же мощность.

Рисунок 2.	Эту схему легко собрать на макетной плате.

Однако схема имеет некоторые ограничения. Во-первых, она работает с входными напряжениями только одной полярности, что может не позволить использовать ее в некоторых приложениях. Во-вторых, минимально достижимое сопротивление эквивалентного резистора равно сумме сопротивления R₁ и минимального сопротивления открытого транзистора. Другие факторы, такие как смещение операционного усилителя, сопротивления резисторов R₂ и R₃ и входное напряжение, влияют на линейность схемы, но характеристики устройства все равно остаются высокими, даже с недорогими компонентами. В зависимости от диапазона входных напряжений операционного усилителя, схема требует внешнего двуполярного источника питания. На Рисунке 2 показана фотография макета собранной и испытанной схемы с мощным транзистором без радиатора, для изменения эквивалентного сопротивления которой используется потенциометр.