Идея заключается в том, чтобы с помощью операционника стабилизировать падение напряжения на специальном токоизмерительном резисторе. Делается это следующим образом: на неинвертирующий вход операционника подаётся некое опорное напряжение, а на инвертирующий вход - падение напряжения на токоизмерительном резисторе. Операционник обладает таким свойством, что в установившемся режиме, разность напряжений на инвертирующем и неинвертирующем входах равна нулю (если, конечно, он не находится в режиме насыщения). Выход операционного усилителя подается на затвор MOSFET и, таким образом, управляет степенью открытия полевого транзистора, и, следовательно, током через него. А чем больше ток через полевик, тем больше падение напряжения на токоизмерительном резисторе. Получается отрицательная обратная связь.

То есть, если в результате нагрева характеристики полевика изменятся так, что ток через него увеличится, то это вызовет увеличение падения напряжения на токоизмерительном резисторе, появится отрицательная разность напряжений (ошибка) на входах ОУ и выходное напряжение операционника начнёт уменьшаться (при этом начнёт уменьшаться степень открытия полевика и ток через него), до тех пор, пока ошибка не станет равной нулю. Если же ток через полевик по каким-либо причинам уменьшится, то это вызовет уменьшение падения напряжения на токоизмерительном резисторе, появится положительная разность напряжений (ошибка) на входах ОУ и выходное напряжение операционника начнёт увеличиваться (при этом начнёт увеличиваться степень открытия полевика и ток через него), до тех пор, пока ошибка не станет равной нулю. Короче, такая схема стабилизирует падение напряжения на токоизмерительном резисторе - оно после всех переходных процессов устанавливается равным опорному напряжению (которое подаётся на неинвертирующий вход).

Изменяя в этой схеме опорное напряжение, можно произвольным образом регулировать ток через полевик, причём заданный ток получается стабильным, поскольку зависит только от величины опорного напряжения и сопротивления токоизмерительного резистора, и не зависит от параметров MOSFET, которые могут очень сильно меняться в результате нагрева. Опорное напряжение можно задавать простым делителем, а регулировать - подстроечными резисторами.

Элементы схемы:

Операционный усилитель - любой, допускающий однополярное питание (я использовал OP220).

T1 - мощный MOSFET, любой, лишь бы мощность побольше мог рассеять (я брал CEP603AL из старого компьютерного блока питания). Тут, понятное дело, есть ограничение по напряжению открытия полевика и току через него, но об этом ниже.

R_ti - токоизмерительный резистор на десятые доли Ом, таких полно везде: в принтерах, в мониторах и т.д., (я брал из принтера 0,22 Ом, 3 Вт)

Отличные подстроечники с удобными ручками можно снять с плат старых компьютерных мониторов.

Готовое изделие:

Итак, теперь посмотрим, как это всё рассчитывается:

где U_п - напряжение питания, U₁ - напряжение на неинвертирующем входе ОУ.

где I_н - ток нагрузки, U₂ - падение напряжения на токоизмерительном резисторе (и, соответственно, напряжение на инвертирующем входе ОУ).

Из условия равенства напряжений на входах ОУ имеем:

Отсюда находим:

Подставив в это выражение номиналы наших резисторов, определим диапазоны настройки тока:

при R_nd=10 кОм, получаем:

при R_nd=0, получаем:

То есть, изменяя сопротивление резистора R_nd от 10 кОм до нуля, мы изменяем верхнюю границу диапазона настройки тока от 0,47•U_п до 0,86•U_п. Это означает, что, например, для питания +10V мы сможем настраивать ток в диапазоне 0...4,7 А или 0...8,6 А, в зависимости от сопротивления резистора R_nd, а для питания +5V - 0...2,35 А или 0...4,3 А. В заданном диапазоне ток настраивается подстроечниками R_gn (грубо) и R_tn (точно).

Есть три ограничения. Первое ограничение связано с токоизмерительным резистором. Поскольку этот резистор рассчитан на максимальную рассеиваемую мощность P_R, то максимальный ток через него не должен превышать значения, определяемого выражением:

Для указанных номиналов: I²_макс=(3/0,22), I_макс=3,7 А. Увеличить это значение можно, выбрав резистор с меньшим сопротивлением (тогда диапазоны тоже придётся пересчитать), применив радиатор или соединив параллельно несколько таких резисторов.

Вторые два ограничения связаны с транзистором. Во-первых, на транзисторе выделяется основная рассеиваемая мощность (поэтому для лучшего теплоотвода следует прикрутить к нему радиатор размером побольше). Во-вторых, транзистор начинает открываться, когда напряжение между затвором и истоком (Vgs) превысит некоторое пороговое значение (Threshold Voltage), так что девайс не будет работать, если напряжение питания меньше этого порогового значения. Эта же величина будет влиять и на максимальный возможный ток при заданном напряжении питания.

Плата (формат DipTrace 2.0)

Использовать в качестве ОУ те, которые могут работать вблизи напряжения питаний. Для этой схемы подойдет простейший ОУ типа LM358, LM324. Они способны работать при входных потенциалах, которые на 50…100 mV могут даже быть ниже, чем напряжения на минусовом выводе питания.