2023年10月2日月曜日

【回路】双方向の電流源というもの(ハウランド電流源)

回路の話題です.電流源ってどうしてますか? カレントミラーで作りますか?
↓こんなのとか.見て判るとおり、Q5が下へ吸い込むonly電流源です.終段PNPで作れば上から落とすonly電流源になります.
いま、±30mAぐらいの双方向電流源を欲しいのですが、片方向onlyの回路しか知らなかったので、2個用意して差動使いしてシーソーみたくして等価的に±電流源にする回路を作ってみました.でも予想通りですが、ゼロクロスでグリッチが生じて見苦しいです.ボツかな.

ちなみに、±電流源を欲しいと思ったのは初めてです.

それで「双方向の電流源ってないのか?」ちょっと調べたらありました.
↓「ハウランド電流源」というものです.
Q9Q10は電流ブーストのためなので軽く無視してください.
やはり第一印象は、「妙な場所から出力してる」でしょう.あと「feedbackも妙だ」もかな? 実機でちゃんと動いてるけどなんかキモい.
動作原理は、、、イマジナリーショートのGNDへ向けてR16から電流を流します→行き場がないのでOUTへ流れます.そんなもんかなと.

simulationしたら、すこしかったるい事情が感じられました.
 入力電圧3Vぐらいで30mAぐらい流したい.
  →R16=100Ωであれと自然に決まります.
   →前段アンプに30mAのドライブ能力が必要だ.
結果的に、前段アンプは素のopampじゃキツくて、電流ドライブ能を持たせなくちゃいけなかろう.
↓よってこんな風に、前段アンプにQ2Q4を追加.上の写真の手作り回路はこれです.

追記:動作原理の解説を書きました(2024.9.5)

↓この電流源はいつものDSP開発基板の一部で、全体はこんな感じで子基板がどんどん増えて発散状態です.

かしこ

11 件のコメント:

  1. 降参でえす。動作原理教えてください、

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    1. わたしにもよくわからんちんであります.とくに+側のfeedbackがさっぱり.ハウランド電流で検索するといろいろでてくるみたいです.

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  2. ありがとうございます。検索してみました。電流検出抵抗の電圧降下をフィードバックしようというようなこざかしいことしないで、いきなり入力から電流つっこんじゃえ(スケールファクタあり)、それで、電流の足し合わせが都合つくところで安定するよ、というかんじですかね。電流帰還OPアンプの原理を調べたときの不思議感が思い出されました。

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    1. いまプリント基板のアートワーク中です.信号の戻りが多いのでパターンが面倒です.
      動作については少し考えましたが面倒なので考えるのをやめてしまいました.ハウランドさんは変なのを考えたものです.でも便利でいいわこれー

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  3. 子細に見てないですが、
    ・プッシュプルTRは、電流ソースでは無くて、常に「負荷」になってる
    ・OPAMPには、「負帰還」「正帰還」が、同時にかかっている
    (なので、「ヒステリシス特性」を、持っているはず。)
    普通に、「+用の素子」「ー用の素子」の出力を合成したのでは、まさに、切り替え時に、
    >ゼロクロスでグリッチ
    が、発生してしまうので、電流自体は、どこかで、
    ・常に流れている
    ようにして、出力は、
    ・その「おこぼれ」を、貰っている
    ような発想なのでしょうか?
    ※そうなると当然だが、常時「無駄電力」を、食い続けるな・・・
    なんという「贅沢な」回路だ。
    いわゆる「A級アンプ」は、これに動作が近いかも知れません。

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    1. >ヒステリシス特性
      自分で書いてて、今気付きましたが、これが、
      ・ゼロクロスでグリッチ
      を、出さない「キモ」かも知れませんね・・・

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    2. PCBを発注しました.
      みなさんマジメに理解しようとしてて偉いですー
      無駄電流を捨ててる気はわたしもしてます.
      DSPはボチボチ動いています.

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  4. このサイトが、秀逸です。
    https://invisiblepotato.com/circuit-simulator-applet_11/#index_id13
    動画で見るサンプル回路(オペアンプ 前編)【シミュレーション】 | おとといからきたいも
    の、
    Howland Current Source [ハウランド電流源]
    https://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?ctz=CQAgjCAMB0l3BWcMBMcUHYMGZIA4UA2ATmIxATwosgCgBDEFBQ8QyEbQqsdkHpAFowSMPHido2aZEJgwKbHjAAWFOsnTsYLBjwJIXEnhXJxtAO6dubDlyrFWdK-dvWq603QBOTFkxRTV08oTnhaX2ZWR3cQGI4DOAi-aNZVU3iaJN90gNMovNDcJKsCnVYCkLoAJXAVDLT6kBUqDg4VDkEkNqhoBFoAczr8wOGU0OdxmLKmycrRyowUKGTF5YLsBGWONCSAZzD8pcPOLdCIADN6ABs9gFNLcc3l3CCzuiGNs42TCce1k6Yba0AAe4Dw5EI5BQYCoGHaTFM1TAoLCHChnG0IHhzURIGqKFRsKQzGITF4TEIy3ySOwqJQxA8CDJ2AZlOpeOqKiJv1ZO1ZnEUuNG1wA9vQACa0UXgCCELzNSBkJh9XpwbTMULLeScWhAA
    ※Web上で、回路シミュレーション出来るみたいです。

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    1. なんつうビジュアル表現。電気が見える。普段は心の眼でしか電気を見れませんから。
      やっぱり要らない電流を捨ててますね。

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    2. そのうち、これに、
      ・AIの(対話型の)解説
      とかが、付くようになるのだろうか・・・?
      なんか、イロイロ凄すぎる。

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    3. 人間の教師いらなくてAI講師で良くなれば教員不足解消ですね。

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