Генератор стабильного тока схема: Генератор стабильного тока Видлара

Генератор стабильного тока Видлара

Источник тока Видлара является разновидностью основной схемы двухтранзисторного токового зеркала, которая содержит токоограничивающий резистор в цепи эмиттера выходного транзистора, что позволяет использовать эту схему для генерации слабых токов, применяя токоограничивающий резистор только средних номиналов.

В схеме Видлара могут использоваться как биполярные, так и полевые транзисторы с изолированным затвором (МОП — транзисторы), и даже вакуумные лампы. Примером использования этого источника тока может служить операционный усилитель модели 741, Видлар применял свой источник тока во многих конструкциях.

Эта схема была названа в честь её изобретателя, Боба Видлара, и была запатентована в 1967 году.

Анализ схемы

Рис. 1. Источник тока Видлара

На рисунке 1 изображена схема источника тока Видлара на биполярных транзисторах, здесь резистор R2 установлен в цепи эмиттера выходного транзистора VT2, что позволяет сделать ток, протекающий через транзистор VT2, относительно небольшим по сравнению с током транзистора VT1.

V_B = V_BE1 = V_BE2+(β₂+1) * I_B2 * R2 ,

где β₂ — это β (коэффициент передачи по току) выходного транзистора, этот параметр отличается от β первого транзистора из-за технологического разброса параметров, а так же отчасти из-за того, что силы токов, протекающих через оба транзистора сильно отличаются. I_B2 — это базовый ток выходного транзистора, V_BE — это напряжение база — эмиттер. Из этого уравнения следует (используя формулу Шокли для идеальных диодов):

(β2+1) * I _B2 = (1 + 1 / β2) * I_C2 = (V_BE1 — V_BE2) / R2 = V_T / R2 * ln(I_C1 * I_S2 / (I_C2 * I_S1)) ,

где V_T — тепловое напряжение.

Из этого уравнения примерно следует, что величины обеих токов гораздо больше, чем масштабные токи I_S1, I_S2, это приближение верно для токов любой силы, за исключением тех, значения которых находятся вблизи зоны отсечки. В дальнейшем различие между двумя масштабными токами уменьшается, хотя эта разница может быть важна в случае использования транзисторов с различными рабочими областями.

Рис. 2. Токовое зеркало Видлара
на транзисторах КТ503А.

Рассмотрим практический пример генератора тока Видлара (рис. 2). Здесь опорная цепь питается от источника +Vcc напряжением 10,75 Вольт, что обеспечивает опорный ток, равный 10 мА (при сопротивлении резистора R1 = 1 кОм), а цепь нагрузки — коллектор транзистора VT2 запитан от источника V

При опорном токе, равном 20 мА (R1 = 0,5 кОм) изменим сопротивление эмиттерного резистора R2:

Теперь то же самое проделаем для опорного тока 10 мА (R1 = 1 кОм):

Как видно из результатов, незначительное изменение сопротивления резистора R2 существенно уменьшает ток коллектора токового зеркала.

BACK MAIN PAGE

Источники тока на полевых и биполярных транзисторах

Схемы генераторов тока, разновидности токовых зеркал, Онлайн калькулятор расчёта элементов источников тока. На сегодняшнем мероприятии, посвящённом открытию «Культурно-досугового центра Лоховского муниципального образования», поговорим о разновидностях источников постоянного и, желательно, стабильного выходного тока. - Если напряжение можно понять умом, то ток только чувством! — начал свой доклад руководитель кружка по художественному рукоделию Семён Самсонович Елдыкин. - Целью нашего сегодняшнего радиолюбительского заседания является освоение упорядоченного движения свободных электрически заряженных частиц — как суммы знаний, физических умений и врождённых навыков. «Как заземлить незаземлённое заземление? Сколько нужно выпить водки в граммах для снижения сопротивление тела на 1 кОм? И как не вступить с электричеством в интимные отношения?» — станет темой нашего научного коллоквиума. Спасибо Семёну Самсоновичу за вводные слова, а нам пора переместиться поближе к обозначенной в заголовке теме. Напустим энциклопедического глубокомыслия: «Источник тока — элемент, двухполюсник, сила тока через который не зависит от напряжения на его зажимах (полюсах). Используются также термины генератор тока и идеальный источник тока…» — учит нас Википедия. Дополним редакцию. Источник тока должен иметь большое внутреннее дифференциальное сопротивление, такое чтобы при изменении сопротивления нагрузки сила тока в нагрузке практически не изменялась. Такую возможность нам предоставляет биполярный транзистор со стороны коллектора, полевик со стороны стока, либо операционник между инвертирующим входом и выходом. Есть несколько основных характеристик, которые характеризуют источник тока. Первой и основной из них является величина выходного тока. Во-вторых, его выходное сопротивление, которое определяет, насколько ток источника меняется в зависимости от сопротивления нагрузки. Третья спецификация — это минимальное и максимальное напряжения на выходе источника, при котором узел работает должным образом, т.е. выходной транзистор находится в активном режиме. В-четвёртых, температурная стабильность и способность противостоять колебаниям напряжения источника питания. Для разминки рассмотрим схемы простейших генераторов (источников) тока на транзисторах и операционных усилителях. Рис.1 Схема источника тока на биполярном транзисторе — самая плохая. В ней присутствует полный букет недостатков — и температурная нестабильность, и зависимость тока от колебаний напряжения источника питания и наличие пресловутого эффекта Эрли (эффект влияния напряжения между коллектором и базой на ток коллектора). Здесь входной делитель на резисторах R1, R2 задаёт ток базы транзистора Iб, выходной ток в первом приближении можно считать равным Iн = Iк≈β×Iб. Схема на полевом транзисторе не столь чувствительна к нестабильности источника питания, однако имеет другой существенный недостаток — практическую невозможность заранее рассчитать выходной ток генератора из-за значительности разброса параметров данных типов полупроводников. Максимальный ток данного типа источника равен начальному току стока при R1=0 (паспортная характеристика), минимальный ограничен падением напряжения на токозадающем резисторе R1. Генераторы тока на операционных усилителях (инвертирующий слева, неинвертирующий справа) — вполне себе работоспособные устройства, которые являются близкими аналогами идеальных источников тока, и практически лишены недостатков, присущих транзисторным схемам. Единственное, но существенное в отдельных случаях «но» состоит в том, что нагрузка является «плавающей», т.е. не подключённой никаким боком к земле. Ток через нагрузку практически с 100% точностью описывается формулой I н= Uвх/R1. Размялись? Пришло время избавляться от недостатков простейших источников тока, обкашлянных нами выше. Рис.2 Схемы стабилизаторов тока, представленные на Рис.2, будут полезны в устройствах, работающих с конечными потребителями, которые чувствительны не столько к стабильности напряжения, сколько к постоянству протекающего через них тока. За примерами далеко ходить не надо — источники питания светодиодов, газоразрядных ламп, зарядные устройства для аккумуляторов и т.д. Все они требуют наличия на выходе постоянного, либо изменяющегося по определённому алгоритму тока. Принцип работы приведённых схем предельно прост. При увеличении тока нагрузки пропорционально увеличивается и падение напряжения на токозадающем резисторе R1. При достижении уровня падения этого напряжения ≈0,6В, начинает открываться транзистор T1, снижая величину Uбэ (или Uзи) второго транзистора T2. Он начинает закрываться, соответственно, уменьшается и количество тока, протекающего через нагрузку. Для схемы на биполярном транзисторе номинал резистора Rб следует выбирать из соображений Rб. Для полевика, в силу его высокого входного сопротивления, величина резистора Rз1 может выбрана достаточно высокой (десятки килоом). Единственное, за чем надо зорко послеживать — максимально допустимое значение напряжения затвор-исток транзистора. Если оно меньше Еп, следует добавить дополнительный резистор Rз2 такого номинала, чтобы образованный делитель вогнал напряжение на затворе в допустимые пределы. Выходной ток рассчитывается по простой формуле Iн≈0,6/ R1. В этих схемах нет температурной компенсации, изменение выходного тока составляет величину ≈ 0,3% на один °С. Рис.3 Про схему токового зеркала, изображённую на Рис.3, смело можно сказать, что это базовая схема источника тока. Резисторы в эмиттерных цепях транзисторов создают отрицательную обратную связь по току, что с одной стороны, приводит к улучшению термостабилизирующих свойств узла, а с другой, позволяет в широких пределах регулировать соотношения токов транзисторов Т1 и Т2. Здесь ток   Ik1, задаваемый резистором R1: Iк1≈(Eп-0,7)/(R1+ Rэ1), а ток, протекающий в нагрузке: Iн≈ Rэ1×(Eп-0,7)/(R1× Rэ2+ Rэ1× Rэ2). Рис.4 Для снижения зависимости выходного тока от колебаний напряжения питания широкое применение нашли источники тока (Рис. 4), называемые двойным зеркалом тока. Механизм работает следующим образом: Предположим, увеличилось напряжение питания. Тогда увеличивается и падение напряжения на резисторе R1. Это приводит к уменьшению потенциала базы транзистора VТ3, транзистор VТ3 призакроется, его ток Iэ3 уменьшится, соответственно уменьшится ток базы Iб2 и Iн тоже уменьшится и вернётся в исходное состояние. Iк1≈(Eп-1,4)/(R1+ Rэ1), Iн≈ Rэ1×(Eп-0,7)/(R1× Rэ2+ Rэ1× Rэ2). Рис.5 Источник тока, представленный на Рис. 5, называется схемой токового зеркала Уилсона и обеспечивает высокую степень постоянства выходного тока за счёт подавления проявлений эффекта Эрли (эффект влияния напряжения между коллектором и базой на ток коллектора). Транзисторы T1 и T2 в этой схеме включены так же, как в обычном токовом зеркале, но благодаря транзистору T3 потенциал коллектора токозадающего Т2 фиксирован и не влияет на выходной ток. Все формулы аналогичны предыдущему описанию: Iк1≈(Eп-1,4)/(R1+ Rэ1), Iн≈ Rэ1×(Eп-0,7)/(R1× Rэ2+ Rэ1× Rэ2). Рис.6 Каскодный генератор тока, изображённый на Рис. 6, обладает достоинствами, связанными с очень высоким внутренним сопротивлением и значительным ослаблением эффекта Эрли. Динамическое внутреннее сопротивление такого отражателя тока превышает величину в несколько МОм. И опять — всё то же самое: Iк1≈(Eп-1,4)/(R1+ Rэ1), Iн≈ Rэ1×(Eп-0,7)/(R1× Rэ2+ Rэ1× Rэ2). Легко заметить, что для всех типов приведённых токовых зеркал формула для расчёта выходного тока — одна и та же. Формула приблизительная, не учитывающая влияние на расчётные показатели незначительных величин базовых токов транзисторов, однако дающая возможность с погрешностью, не превышающей 5-7%, рассчитать величины токозадающих элементов. При необходимости сгенерить ток обратного направления, следует перевернуть схему вверх ногами и заменить n-p-n транзисторы на полупроводники обратной проводимости. И по традиции приведу таблицу, позволяющую не сильно утруждаться, при желании воплотить описанные узлы в реальную жизнь. РАСЧЁТ ТОКОЗАДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ИСТОЧНИКОВ ТОКА НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ. Источники тока на полевых транзисторах, в связи со значительностью разброса параметров данного типа полупроводников, практическое применение получили в основном при производстве аналоговых интегральных микросхем. При этом при использовании МОП-структур полевых транзисторов, схемотехника токовых зеркал практически не отличается от приведённых выше источников тока на биполярных собратьях. Рис.6 Проектировать источники тока на дискретных полевых транзисторах — занятие, на мой взгляд, довольно нецелесообразное. Другое дело — специально разработанные полупроводники, называемые токостабилизирующими диодами (CRD), в основе которых лежит полевой транзистор с каналом n-типа. Рис.7 Полевые диоды имеют только два вывода и оптимизированы с точки зрения вольт-амперных характеристик. При их изготовлении можно достичь нулевого температурного коэффициента, объединяя CRD с резистором, имеющим тот же самый, но противоположного знака температурный коэффициент. Токостабилизирующие диоды не очень известны в широких массах радиолюбительского сообщества, но тем временем активно выпускаются буржуйскими промышленниками, имеют приличную номенклатуру токов и достаточно широкий диапазон рабочих напряжений. А на следующей странице продолжим тему — посвятим её источникам тока на операционных усилителях, а также преобразователям напряжение-ток на ОУ и транзисторах.

Генераторы стабильного тока и напряжения (стр. 1 из 3)

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра систем телекоммуникаций

РЕФЕРАТ

На тему:

«Генераторы стабильного тока и напряжения»

МИНСК, 2008

Генераторы стабильного тока

Для смещения и стабилизации режимов ИС широко используют генераторы стабильного тока (ГСТ): для стабилизации режимов и в качестве активной нагрузки усилительных каскадов; в качестве ИП эмиттеров Т дифференциальных усилителей; в интеграторах, генераторах пилообразного напряжения и т.д. Под ГСТ понимают двухполюсник, ток через который практически не зависит от приложенного напряжения. Если на такой двухполюсник подать сумму постоянного

Простейший ГСТ (рис. 1, а) обеспечивает ток

где

Применительно к рассматриваемому ГСТ выражение (1) трансформируется в

Для повышения стабильности с помощью дополнительных сопротивлений

Реализация ГСТ на ПТ может быть проще: без отдельного источника смещения, т.е. по схеме двухполюсного включения. Такие ГСТ выполняют на ПТ с управляющим переходом и ПТ с изолированным затвором и встроенным каналом (рис. 1, в, г). Их выходное сопротивление равно

Существенный недостаток рассматриваемых ГСТ – относительно небольшое выходное сопротивление. Для его увеличения применяют двухтранзисторные ГСТ (рис. 1, д – ж). В генераторе на БПТ сопротивление

Напряжение на базе (затворе) Т приведенных ГСТ фиксировано. Если предусмотреть возможность его изменения, то получим программируемый ГСТ. В случае изменения этого напряжения по закону сигнала ток

От ГСТ со смещением на основе согласованной пары Т легко перейти к так называемому токовому зеркалу (ТЗ), широко применяемому в схемотех-нике аналоговых ИС. ТЗ (отражателем тока) называют функциональный узел, у которого токи двух сходящихся в одну точку ветвей равны, причем входной

Наиболее часто ТЗ применяются в качестве ГСТ и динамических нагрузок Т дифференциального каскада, обеспечивая переход от симметричного выхода к несимметричному высокоомному. Рассмотрим последнее применение (рис. 2, б).

В исходном состоянии транзисторы VT1 и VT2 имеют равные коллекторные токи

Генератор стабильного тока для зарядки аккумуляторов, блок питания

Рассматриваемый генератор стабильного тока (ГСТ) хорошо подходит для зарядки аккумуляторов (до 12 В). Величину зарядного тока можно устанавливать в пределах 0. ..10 А.

Однако изготавливался данный ГСТ не столько для зарядки аккумуляторов, сколько для иных целей. Мощный ГСТ позволяет быстро оценить практически любые контактные соединения по величине переходного сопротивления (контакты реле, выключателей и пр.).

Вступление

Используя милливольтметр постоянного тока, например мультиметр серии 830 или 890, можно легко измерить сопротивление вплоть до 0,001 Ом. Имея мощный ГСТ и милливольтметр, мы фактически приобрели миллиомметр, а это раскрывает широкие возможности в деятельности радиолюбителя.

Занимаясь ремонтом радиоэлектронных средств (РЭС), мы вынуждены проверять исправность многих комплектующих. Конструирование РЭС требует проверки уже всех радиокомпонентов без исключения (как б/у, так и новых).

В радиолюбительских условиях процесс проверки комплектующих носит, как правило, весьма поверхностный характер. Да и многое ли можно узнать о параметрах мощного диода или транзистора при использовании цифрового мультиметра? «Прозванивая» током в несколько миллиампер мощный диод на 10. ..30 А, можно лишь выявить его негодность.

Получше будут результаты в случае применения стрелочного измерителя, например, М41070/1. Последний обеспечивает величину тока в измеряемой цепи более 50 мА (поддиапазон 300 Ом). А на пределе 300 кОм легко обнаруживаются дефекты диодов и транзисторов (утечки токов).

Но не все дефекты можно выявить при проверке полупроводниковых приборов низковольтными измерителями сопротивлений. Поэтому и были изготовлены измерители [1, 2].

Измеритель [1] позволяет оперативно оценить величину Uкэ.макс транзисторов, а портативный вариант такого измерителя [2] предназначен для работы от аккумулятора (не привязан к сети 220 В, что ценно в условиях радиорынка).

Этими же измерителями оценивались и величины обратных напряжений проверяемых диодов. Удобно и быстро проходил поиск дефектных конденсаторов. Кроме того, измеритель [2] имеет диапазон напряжения от 0 до 3000 В. Последнее обстоятельство позволяет испытывать изоляцию, например, между обмотками сетевого трансформатора.

В моей практике были случаи, когда удавалось найти даже место дефекта изоляции между I и II обмотками сетевого трансформатора блока питания. Никакие омметры, имевшиеся под рукой (0…200 МОм), не фиксировали нарушения изоляции, а трансформатор уже начал «биться током».

В темноте (при напряжении более 2,5 кВ) очень хорошо было видно место дефекта, так как искра проскакивала в конкретном месте и создавала характерное потрескивание. Таким образом, удалось избежать перемотки обмоток, устранив пробой изоляции и залив его клеем. Самое важное, что радиолюбители, повторившие измерители [1, 2], остались довольны возможностями этих приборов.

Когда требуется выбрать из числа имеющихся мощных диодов наилучшие, пригодится этот ГСТ. Диоды с наименьшим прямым напряжением (Uпр) нагреваются меньше и дольше служат. Очень важно такие экземпляры использовать в низковольтных выпрямителях, где величина Uпр определяет КПД схемы.

Приходилось наблюдать, как интенсивно начинают нагреваться диоды, когда величина тока через них превышает 7. ..10 А, маленькими полосками-радиаторами уже не обойтись, ибо диоды типов Д242-Д247, КД203, Д214 и пр. нагреваются настолько сильно, что могут выйти из строя. Величина тока через эти диоды не должна превышать 7 А (коэффициент нагрузки по току равен 0,7).

Однако практика использования таких диодов показала, что они могут долго и безотказно работать и при токах 10 А и более. Если ток превышает 7 А, то особенно актуален отбор экземпляров с наименьшим значением Uпр. Стоит заменить обычные кремниевые диоды Д242 диодами с барьером Шотки, например, КД2998В, как осознаешь преимущество последних (малое значение Uпр позволяет использовать малогабаритные радиаторы и при токе 10 А).

К сожалению, на диоды цены высокие, а на диодные мосты — чрезмерно высокие (в ремонте может и окупятся, а конструирование по ценам перекупщиков разоряет радиолюбителя). Составить мост из нескольких диодов дешевле, хотя и вызывает неудобства с несколькими теплоотводами. Параметры зарубежных диодов и мостов явно завышены, о чем свидетельствуют замены их в схемах.

Для отбора диодов с минимальным значением Uпр, испытуемый диод подключают к выходу ГСТ (как показано пунктиром на рис.1). Так выбирались диоды типов КД202, КД203, Д242-Д246, Д214, Д215, Д231, КД2997, КД2998, КД2999 и др. Кстати, Uпр диодов часто отличается от справочных данных (как типовое значение, так и регламентируемое для температуры Т>25°С и конкретной величины прямого тока.

Среди большого числа (или упаковки) однотипных диодов почти всегда встречались экземпляры, у которых Uпр было в 1,5-2 раза больше, чем у остальных. Вот такие экземпляры и перегреваются, например, в мостовом выпрямителе (их нагрев значительно превышает нагрев остальных диодов). Uпр измеряли при токе не меньшем, чем рабочий ток данного диода в конкретной конструкции.

Об измерении малых величин сопротивлений (режим миллиомметра)

Потребуется милливольтметр с пределом 200 или 2000 мВ. Резистором R9 (рис.1) устанавливают ток через измеряемое сопротивление (Rн) 1 А. Теперь на каждый милливольт падения напряжения на сопротивлении Rн соответствует миллиому этого сопротивления. Когда требуется более высокая точность измерения Rн, переходят на поддиапазон 10 А (нажат переключатель SA2) и устанавливают ток через Rн 10 А. Теперь каждому миллиому сопротивления соответствует уже 10 мВ.

При такой величине тока (10 А) прекрасно «звонятся» практически любые разъемные соединения. На них «оседает», в зависимости от переходного сопротивления, от единиц милливольт (отличного качества контакт) до десятков и сотен милливольт (это уже дефектные контакты).

Измерение малых сопротивлений при токе >10 А позволяет быстро выявить многие дефекты, которые скрыты для прозвонки мультиметрами. Предоставляется эксклюзивная проверка (в цифрах!) практически любых монтажных проводов. Берут отрезок монтажного провода длиной несколько десятков сантиметров и подключают к ГСТ.

По падению напряжения на нем определяют его пригодность для тех или иных целей. Пока человек имеет дело с конструкциями, где величина тока не превышает 1…3 А, то измерение миллиом ему не нужно. Но в конструкциях с токами больше 10 А многое меняется. На рынках стали появляться «китайские» провода (толстый слой изоляции с малым сечением медных жил).

Отечественные провода такого же диаметра (по изоляции) имеют погонное сопротивление в два и более раз меньше, чем «китайские». Чтобы милливольтметр не вывести из строя при отключении Rн, на время измерения выводы прибора шунтируют диодом КД2998 (подойдет и любой другой с током >10 А), как это показано на рис.1.

Особую ценность ГСТ представляет при проверке разъемных соединений б/у и контактов реле. Сразу же обнаруживаются те контакты, которые требуют очистки или замены. Вот лишь несколько примеров. Широко распространенные тумблеры типов ТВ, ТП, МТ, ПТ и пр. Со временем у них переходное сопротивление увеличивается от 3…5 мОм до 0,1 …0,5 Ом и даже более!

Есть смысл нанести на корпус выключателя соответствующие надписи, которые и должны определять назначение (применение) выключателя. Часто очистка контактов реле давала хороший результат: обычно переходное сопротивление уменьшается в 2-10 раз (в зависимости от износа контактов). Уменьшение переходного сопротивления добивались и оптимальным прижимом контактов. Помните, что плохой контакт вызывает ускоренное разрушение контактирующих поверхностей.

О наболевшем. Люди приобретают обычные сетевые (220 В) вилки, розетки и выключатели, которые перегреваются при нагрузке более 1 кВт. Хотя на корпусах этих изделий и написаны обнадеживающие 6 А, но надписи не гарантируют надлежащего качества соединений.

Можно, конечно, проверять такие изделия, подключая их на 30…60 мин с нагрузкой 1 кВт (ожидая вероятного нагрева в дефектном соединении). А можно использовать ГСТ для измерения переходного сопротивления. Вопрос весьма актуален, ведь плохие контакты в нагрузке электросети 220 В нередко приводят к пожару.

А качество современных бытовых сетевых вилок, розеток и выключателей лишь снижается (экономия материалов, плохая сборка, отсутствие надежных пружинящих контактов).

О схемотехнике ГСТ

ГСТ выполнен на ОУ DA1 и мощном полевом транзисторе VT7, который обеспечивает требуемый ток в нагрузке. Поскольку на постоянном токе (наш случай) полевой транзистор по цепи затвора ток не потребляет, то ОУ работает фактически без нагрузки, что повышает надежность работы всего ГСТ.

Рис. 1. Принципиальная схема стабилизатора тока для зарядки аккумуляторов и питания устройств.

R1 — 100 Ом	С1 — 0,47 мкФ х 630 В
R2 — 300 Ом	С2 — 0,47 мкФ х 160 В
R3, R4 — 120 Ом	С3 — 100 мкФ х 25 В
R5 — 13 Ом	С4 — 0,1 мкФ
R6 — 1,5 кОм	С5 — 4700 пФ
R7 — 39 кОм*	С6 — 100 мкФ х 25 В
R8 — 8 кОм*	С7 — 0,1 мкФ
R9 — 1 кОм	С8, С9, С10 — 4000 мкФ х 25 В
R10 — 100 кОм	С11, С12 — 200 мкФ х 50 В
R11 — 1 кОм	С13 — 4700 пФ
R12 — 13 Ом
R13 — 1 кОм	VD1. ..VD4 — КД2998Г
R14, R15 — 1 кОм	VD5 — КЦ405В
R16 — 0,1 Ом	VD6 — АЛ307
R17 — 9,2 кОм*	VD7, VD8 — Д814Д
R18 — 800 Ом*	VD9 — Д818Е
R19 — 330 Ом	VD10 — КД2998Г
R20 — 3,3 кОм
R21, R22 — 30 Ом	VT1, VT2 — КТ502Д VT3, VT4 — КТ503Д
DA1 — КР140УД708	VT5 — КТ815Д VT6 — КТ814Г
PA1 — М4204-100 мкА PV1 — М903/4-15 В T1 — ТС-180-2	VT7 — IRFZ48N SA1, SA2 — ТП1-2

ОУ управляет проводимостью полевого транзистора, что и определяет ток в нагрузке Rh.

ГСТ имеет два поддиапазона регулирования тока. В показанном на схеме положении переключателя SA2 имеем 0…2 А. Второй поддиапазон — до 10 А.

Датчик тока (резистор R16) используется как для схемы ГСТ, так и в качестве шунта амперметра. Источник опорного напряжения собран на прецизионном стабилитроне VD9 типа Д818Е и генераторе тока, который, в свою очередь, собран на транзисторах VT1-VT4 (заимствован из [3]).

Эта схема незаслуженно забыта радиолюбителями. Она обладает большей стабильностью параметров, чем однотранзисторные схемы ГСТ. Стабильность выходного тока ГСТ в цепи Rh практически полностью определяется стабильностью напряжения на неинвертирующем входе ОУ, т.е. стабильностью ИОН.

Стабильность показаний амперметра РА1 зависит от стабильности элементов R16-R18.

Детали

Вместо ОУ КР140УД708 устанавливали также К140УД7. Полевой транзистор IRFZ46 (КП741А, Б), IRFZ44(КП723А), IRFZ45 (КП723Б), IRFZ40 (КП723В), IRF540 (КП746А), IRF541 (КП746Б), IRF542 (КП746В), IRFP150 (КП747А) и т.д.

Полевой транзистор выбран из соображений максимальной надежности и простоты конструкции. При отсутствии полевого транзистора его вполне можно заменить двумя транзисторами, как показано на рис.2. Однако транзистор КТ827А здесь работает в режимах, близких к предельным (когда ток в нагрузке равен 10 А).

Выгодно заменить КТ827А двумя транзисторами. Так и поступали радиолюбители, повторявшие схему ГСТ (рис.1) и не имевшие полевых транзисторов (рис.3).

Транзистор VT7 должен быть снабжен хорошим теплоотводом с поверхностью не менее 2000 см2. Транзисторы VT1, VT2 типов КТ3107, КТ361 с любыми буквенными индексами. Транзисторы VT3, VT4 типов КТ3102, КТ315 с любыми буквенными индексами. Сюда хорошо подходят и КТ502, КТ503. Транзистор VT5 типа КТ815, КТ817; транзистор VT6 типа КТ814, КТ816.

Рис. 2. Схема для замены мощного полевого транзистора двумя кремниевыми.

Рис. 3. Мощная замена полевого транзистора тремя кремниевыми.

О диодах выпрямителя. Подойдут любые мощные диоды с током более 10 А. Если мощные диоды все-таки не удалось приобрести (на периферии их купить просто нереально), то используют старую и проверенную временем схему (рис.4) работы двух диодных мостов на одну общую нагрузку (параллельный режим).

Схема рис.5 преследует ту же цель, что и схема рис. 4, но резисторы включены таким образом, чтобы все 8 диодов были размещены на трех радиаторах, как и диоды обычного моста. Однако здесь число резисторов уже 8 (вместо 4 на рис.4).

Для схемы рис.1 сопротивления резисторов R1-R4 (рис.4) и R1-R8 (рис.5) не должны превышать 0,1 Ом (их диапазон 0,03…0,1 Ом, но они должны быть одинаковыми).

В схеме рис.4 эксплуатируются также и мосты КЦ402, КЦ405 (R1-R4 равны 0,5… 1 Ом) и другие диоды (для КЦ402, 405 сумма токов не превышает 2 А).

Рис. 4. Выпрямитель на диодных мостах.

Рис. 5. Выпрямитель на диодах.

Проволочные резисторы изготавливались из недефицитного нихромового провода диаметром более 1,5 мм. Претензий к стабильности резистора R16 не будет, если выполнить его надлежащим образом (при токе 10 А на нем рассеивается мощность 10 Вт). Нихром по ТКС в 30 раз хуже константана, в 3 раза хуже манганина, но в 26 раз стабильнее меди.

Чтобы догнать по стабильности манганин, нужно уменьшить температуру (мощность на резисторе). н) станут проникать пульсации и появятся погрешности в работе ГСТ (при величине тока, близкой к 10 А). Кроме того, недостаточная емкость выпрямителя не позволит получить и выходной ток 10 А (при указанной величине переменного напряжения II обмотки сетевого трансформатора).

Если ГСТ не будет эксплуатироваться в качестве зарядного устройства 12-вольтовых аккумуляторов, то напряжение обмотки II следует уменьшить.

Рис. 6. Схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой.

Проверять диоды, различные контактные соединения можно и при напряжении обмотки II в несколько вольт. На практике снижали это напряжение до 6 В (при нагрузке 10 А).

Базовый вариант данного ГСТ содержал трансформатор, обмотка II которого при токе 10 А должна давать не менее 10,25 В. Обмотку II выполняли с отводом, когда нужно было получить ток более 10 А в режиме миллиомметра, сохранив ГСТ и как зарядное устройство для 12-вольтовых аккумуляторов.

Небольшое «ноу-хау» заключается в том, что проверять мощные контактные (разъемные) соединения лучше при токе, значительно превышающем паспортное значение. Например, на вилке указано 6 А, значит, надежность соединения нужно проверять при токе 10…20 А.

В этом случае некондиционное разъемное соединение сразу себя выдает. А таких новых некондиционных вилок, розеток и выключателей на рынке появилось множество!

О трансформаторе Т1. Первый (базовый) вариант ГСТ был собран на довольно малогабаритном трансформаторе мощностью всего 160 ВА. Надпись на нем: «ТБС3-0,16У3 Р160 VA 50-60 Hz. ГОСТ.5.1360-72». В нем использовано ШЛ-железо.

По объему он меньше, чем ТС-180, и работает бесшумно, чего не скажешь о ТС-180. Вторичные обмотки намотаны заново. Обмотка II содержит 45 витков ПЭВ-1,4 мм в два провода.

Напряжение холостого хода 11,5 В. Под нагрузкой 10 А выходное напряжение не менее 10,25 В, но в случае если в диодном мосте установлены диоды Шот-ки (КД2998, 2991).

Для кремниевых Д242, 243 напряжение в обмотке II увеличивали на 2,5 В. Если диоды в схемах рис.4 и рис.5 подобраны в пары, то резисторы R1-R4 (рис.4) и R1-R8 (рис. 5) можно удалить (закоротить). На практике это делали лишь с параллельными диодами, имеющими разброс Uпр не более чем на 5%. Обмотка III Т1 содержит 78 витков двойным проводом ПЭЛШО-0,41. Отвод от обмотки II для тока 20 А (на схеме не показан) делали от 28 витка.

Можно использовать и трансформатор ТС-180-2. Обмотки 9-10 и 9′-10′ соединяли последовательно. По ТУ у них 6,4 В и ток нагрузки 4,7 А. Они содержат по 23 витка провода 01,55 мм. При токе 10 А их эксплуатировать нельзя, но на короткое время можно.

В качестве обмотки III использовали обмотки 5-6, 5′-6′ и 11-12, 11′-12′, соединив их последовательно (5-6 с обмоткой 11-12 и 5′-6′ с обмоткой 11′-12′). Обмотки 11-12 дают по 6,4 В каждая, только 11′-12′ рассчитана на ток 0,3 А, а 11-12 — на 1,5 А. При токе 10 А самые «горячие» обмотки 9-10 (уже через несколько минут), но поскольку они расположены в самом верхнем слое, то их охлаждение наилучшее. Для дополнительного отвода тепла наружный слой бумаги (вместе с этикеткой) удаляли на каждой катушке ТС-180.

Когда ГСТ изготовляли только для прозвонки низкоомных соединений, то мостовой выпрямитель заменяли двухполупери-одной схемой со средней точкой (рис.6). Здесь так же, как и в схемах рис.4 и рис.5, устанавливали по 2 шт. Д242А в параллель. Для всех диодов здесь нужен один радиатор.

Главное в данной ситуации (применительно к ТС-180) заключается в том, что теперь номинальный ток с обмоток уже не 4,7 А, а более 7 А. Согласно [4], имеем выигрыш по току в 1,4 раза относительно одной обмотки 9-10.

Небольшое отступление

Эмальпровод нынче воистину позолоченный: за 1 кг нужно выложить до 5 у.е. За эти деньги реально приобрести 2-4 шт. трансформаторов ТС-180, в которых провода не меньше.

Все иные варианты ГСТ выполнялись в основном на более мощной основе (перемотанный Т С-270-1 или тороидальные трансформаторы), т.е. вторичные обмотки были намотаны заново. Если нет в наличии эмальпровода, то можно использовать практически любой одно-, многожильный медный или алюминиевый провод. Главное, чтобы было набрано требуемое сечение.

Ориентир простой — медная жила диаметром 2 мм для тока не более 10 А. Очень полезна информация по сетевым трансформаторам [5].

О проволочных резисторах (кроме R16). Все они могут быть и медными, т.е. на практике использовали отрезки медного провода 00,4…0,6 мм. Последний при длине 1 м дает сопротивление 0,058 Ом, при длине 120 см — 0,07 Ом. Пропускание тока (из-за ТКС меди) вызывает увеличение сопротивления до 0,092 Ом.

Таким образом, отрезка эмальпровода 00,6 мм и длиной 50.100 см более чем достаточно для данных схем выпрямителей. Длина отрезка не должна смущать, так как провод легко размещается на каркасе диаметром более 1 см.

В схеме рис.6 выгодно использовать «таблетки» — КД213, КД2997, 2999. Две «таблетки» на одном радиаторе удобно располагать именно для таких корпусов, как КД213. Везде, где только можно (по напряжению), есть смысл применять диоды с барьером Шотки.

При покупке КД2998 обязательно проверяют его на величину Rобр.

Помните, что перегрев — смерть всех радиокомпонентов. С ростом температуры деградируют p-n-переходы, увеличивается число отказов. Не нужно ориентироваться на завод-изготовитель, у которого основная задача — минимизация расхода материалов и комплектующих, а нужно самим создавать запас надежности и прочности, где это возможно.

Печатная плата

Расположение элементов и рисунок печатной платы показаны на рис.7, 8.

Рис. 7. Расположение деталей на печатной плате устройства.

Рис. 7. Печатная плата устройства.

А.Г. Зызюк. г. Луцк, Украина. Электрик-2004-09,10.

Литература:

1. Зызюк А. Подбор транзисторов для мощных УМЗЧ//Радіоаматор. — 2001. -№6. — С.7.
2. Зызюк А.Г. Переносной вариант измерителя икэ.макс//Электрик. — 2002. -№8. — С.8.
3. Двухполюсный генератор стабильного тока//Радио. — 1981. — №4. — С.61.
4. Шейкина Т.С. Эксплуатация электропитающих установок систем передачи. — М.: Радио и связь, 1982.
5. Силовые трансформаторы типа ТС//Электрик. — 2003. — №11. — С.20.
6. Зызюк А.Г. О трансформаторах//Радіоаматор. — 1998. — №2. — С.37.

2.06. Транзисторный источник тока

ГЛАВА 2. ТРАНЗИСТОРЫ

НЕКОТОРЫЕ ОСНОВНЫЕ ТРАНЗИСТОРНЫЕ СХЕМЫ

Хотя источники тока не столь известны, они не менее полезны и важны, чем источники напряжения. Источники тока представляют собой прекрасное средство для обеспечения смещения транзисторов, и кроме того, незаменимы в качестве активной нагрузки для усилительных каскадов с большим коэффициентом усиления и в качестве источников питания эмиттеров для дифференциальных усилителей. Источники тока необходимы для работы таких устройств, как интеграторы, генераторы пилообразного напряжения. В схемах усилителей и стабилизаторов они обеспечивают широкий диапазон напряжений. И наконец, источники постоянного тока требуются в некоторых областях, не имеющих прямого отношения к электронике, например в электрохимии, электрофорезе.

Рис. 2.20.

Подключение резистора к источнику напряжения. Схема простейшего источника тока показана на рис. 2.20. При условии что R_н » R (иными словами, U_н » U), ток сохраняет почти постоянное значение и равен приблизительно I = U/R. Если нагрузкой является конденсатор, то, при условии что U_конд » U, он заряжается с почти постоянной скоростью, определяемой начальным участком экспоненты, характерной для данной RC-цепи.

Простейшему резистивному источнику тока присущи существенные недостатки. Для того чтобы получить хорошее приближение к источнику тока, следует использовать большие напряжения, а при этом на резисторе рассеивается большая мощность. Кроме того, током этого источника трудно управлять в широком диапазоне с помощью напряжения, формируемого где-либо в другом узле схемы.

Упражнение 2.6. Допустим, нам нужен источник тока который бы обеспечивал точность 1% в диапазоне изменения напряжения на нагрузке от 0 до +10 В. Какой источник напряжения нужно подключить последовательно к резистору?

Упражнение 2.7. Допустим, что в предыдущем упражнении требуется получить от источника ток 10 мА. Какая мощность будет рассеиваться на резисторе? Какая мощность передается нагрузке?

Рис. 2.21. Транзисторный источник тока: основная идея.

Какая мощность передается нагрузке? Транзисторный источник тока. Очень хороший источник тока можно построить на основе транзистора (рис. 2.21). Работает он следующим образом: напряжение на базе U_б > 0,6 В поддерживает эмиттерный переход в открытом состоянии: U_э = U_б — 0,6 В. В связи с этим I_э = U_э/R_э = (U_э — 0,6/R_э. Так как для больших значений коэффициента h_21эI_э ≈ I_к, то I_к ≅ (U_б — 0,6 В)/R_э независимо от напряжения U_к до тех пор, пока транзистор не перейдет в режим насыщения (U_к > U_э + 0.2 В).

Смешение в источнике тока. Напряжение на базе можно сформировать несколькими способами. Хороший результат дает использование делителя напряжения, если он обеспечивает достаточно стабильное напряжение. Как и в предыдущих случаях, сопротивление делителя должно быть значительно меньше сопротивления схемы со стороны базы по постоянному току h_21эR_э. Можно воспользоваться также зенеровским диодом и использовать для смещения источник питания U_кк, а можно взять несколько диодов, смещенных в прямом направлении и соединенных последовательно, и подключить их между базой и соответствующим источником питания эмиттера. На рис. 2.22 показаны примеры схем смещения. В последнем примере (рис. 2.22,6) транзистор p-n-p — типа питает током заземленную нагрузку (он — источник тока). Остальные примеры (в которых используются транзисторы n-р-n — типа.) правильнее было бы называть «поглотителями» тока, но принято называть все схемы такого типа источниками тока. [Название «поглотитель» и «источник» связано с направлением тока; если ток поступает в какую-либо точку схемы, то это источник, и наоборот]. В первой схеме сопротивление делителя напряжения составляет приблизительно 1,3 кОм и очень мало по сравнению с сопротивлением со стороны базы, составляющим ≅100кОм (для h_21э = 100). Любое изменение коэффициента β, связанное с изменением напряжения на коллекторе, не повлияет существенным образом на выходной ток, так как соответствующее изменение напряжения на базе совсем мало. В двух других схемах резисторы в цепи смещения выбраны так, чтобы протекающий ток составлял несколько миллиампер, — этого достаточно, чтобы диоды были открыты.

Рабочий диапазон. Источник тока передает в нагрузку постоянный ток только до определенного конечного напряжения на нагрузке. В противном случае источник тока был бы способен генерировать бесконечную мощность. Диапазон выходного напряжения, в котором источник тока ведет себя как следует, называется рабочим диапазоном. Для рассмотренных только что транзисторных источников тока рабочий диапазон определяется из того, что транзистор должен находиться в активном режиме работы. Так, в первой схеме напряжение на коллекторе можно понижать до тех пор, пока не будет достигнут режим насыщения, т. е. до +12 В. Вторая схема, с более высоким напряжением на эмиттере, сохраняет свойства источника лишь до значения напряжения на коллекторе, равного приблизительно + 5,2 В.

Во всех случаях напряжение на коллекторе может изменяться от значения напряжения насыщения до значения напряжения питания. Например, последняя схема работает как источник тока в диапазоне напряжения на нагрузке, ограниченном значениями 0 и +8,6 В. Если в нагрузке используются батареи или собственные источники питания, то напряжение на коллекторе может быть больше, чем напряжение источника питания. При использовании такой схемы рекомендуется следить за тем. чтобы не возник пробой транзистора (напряжение U_кэ не должно превышать значение U_кэпроб — напряжение пробоя перехода коллектор-эмиттер) и не рассеивалась излишняя мощность (определяемая величиной произведения I_кU_кэ). В разд. 6.07 вы увидите, что для мощных транзисторов область безопасной работы определяется специально.

Упражнение 2.8. В схеме имеются два стабилизированных источника напряжения: +5 и 15 В. Разработайте схему источника тока на основе транзистора n-р-n — типа, которая бы обеспечивала ток +5 мА. В качестве источника напряжения для базы используйте источник +5 В. Чему равен рабочий диапазон в такой схеме?

В источнике тока напряжение на базе не обязательно должно быть фиксированным. Если предусмотреть возможность изменения напряжения U_б, то получим программируемый источник тока. Если выходной ток должен плавно отслеживать изменения входного напряжения, то размах входного сигнала u_вх (напоминаем, что строчными буквами мы договорились обозначать изменения) должен быть небольшим, таким, чтобы напряжение на эмиттере никогда не уменьшалось до нуля. В таком источнике тока изменение выходного тока будет пропорционально изменениям входного напряжения.

Недостатки источников тока. Как сильно отличается транзисторный источник тока от идеального? Иными словами, изменяется ли ток в нагрузке при изменении, скажем напряжения, т.е. имеет ли источник тока эквивалентное сопротивление конечной величины (R_экв

1. При заданном токе коллектора и напряжение U_бэ, и коэффициент h_21э (эффект Эрли) несколько изменяются при изменении напряжения коллектор-эмиттер. Изменение напряжения U_бэ, связанное с изменением напряжения на нагрузке, вызывает изменение выходного тока, так как напряжение на эмиттере (а следовательно, и эмиттерный ток) изменяется, даже если напряжение на базе фиксировано. Изменение значения коэффициента h_21э приводит к небольшим изменениям выходного (коллекторного) тока при фиксированном токе эмиттера, так как I_к = I_э — I_б; кроме того, немного изменяется напряжение на базе в связи с возможным изменением сопротивления источника смешения, обусловленного изменениями коэффициента h_21э (а следовательно, и тока базы). Эти изменения незначительны. Например, изменение выходного тока для схемы, представленной на рис. 2.22, a, составляет приблизительно 0,5% для транзистора типа 2N3565. В частности, при изменении напряжения на нагрузке от 0 до 8 В эффект Эрли обусловливает изменение тока на 0,5%, а нагрев транзистора — на 0,2%. Изменение коэффициента вносит дополнительный вклад в изменение выходного тока — 0,05% (для жесткого делителя напряжения). Все эти изменения приводят к тому, что источник тока работает хуже, чем идеальный: выходной ток немного зависит от напряжения и, следовательно, его сопротивление не бесконечно. В дальнейшем вы узнаете, что есть методы, которые позволяют преодолеть этот недостаток.

2. Напряжение U_бэ и коэффициент h_21э зависят от температуры. В связи с этим при изменении температуры окружающей среды возникает дрейф выходного тока. Кроме того, температура перехода изменяется при изменении напряжения на нагрузке (в связи с изменением мощности, рассеиваемой транзистором) и приводит к тому, что источник работает не как идеальный. Изменение напряжения и U_бэ в зависимости от температуры окружающей среды можно скомпенсировать с помощью схемы, показанной на рис. 2.23. В этой схеме падение напряжения между базой и эмиттером транзистора Т₂ компенсируется падением напряжения на эмиттерном переходе Т₁ который имеет такие же температурные характеристики. Резистор R₃ играет роль нагрузки для Т₁, необходимой для задания втекающего тока базы транзистора Т₂.

Рис. 2.23. Один из методов температурной компенсации источника тока.

Улучшение характеристик источника тока. Вообще говоря, изменение напряжения U_бэ, вызванное как влиянием температуры (относительное изменение составляет приблизительно -2 мВ/°С), так и зависимостью от напряжения U_бэ (эффект Эрли оценивается величиной ΔU_бэ ≈ -0,001 ΔU_кэ), можно свести к минимуму, если установить напряжение на эмиттере достаточно большим (по крайней мере 1 В), тогда изменение напряжения U_бэ на десятые доли милливольта не приведет к значительному изменению напряжения на эмиттерном резисторе (напомним, что схема поддерживает постоянное напряжение на базе). Например, если U_э = 0,1В (т. е. к базе приложено напряжение 0,7 В), то изменение напряжения U_бэ на 10 мВ вызывает изменение выходного тока на 10%, если же U_э = 1,0 В, то такое же изменение U_бэ вызывает изменение тока на 1%. Однако, не стоит заходить слишком далеко. Напомним, что нижняя граница рабочего диапазона определяется напряжением на эмиттере. Если в источнике тока, работающем от источника питания +10 В, напряжение на эмиттере сделать равным +5 В, то диапазон выхода будет равен немного менее 5 В (напряжение на коллекторе может изменяться от U_э + 0,2 В до U_кк, т. е. от 5,2 до 10 В).

Рис. 2.24. Каскодный источник тока, обладающий повышенной устойчивостью к изменениям напряжения на нагрузке.

На рис. 2.24 показана схема, которая существенно улучшает характеристики источника тока. Источник тока Т₁ работает, как и прежде, но напряжение на коллекторе фиксируется с помощью эмиттера Т₂. Ток, текущий в нагрузку, такой же, как и прежде, так как коллекторный (для Т₂) и эмиттерный токи приблизительно равны между собой (из-за большого значения h_21э). В этой схеме напряжение U_кэ (дая Т₁) не зависит от напряжения на нагрузке, а это значит, что устранены изменения напряжения U_бэ, обусловленные эффектом Эрли и температурой. Для транзисторов типа 2N3565 эта схема дает изменение тока на 0,1% при изменении напряжения на нагрузке от 0 до 8 В; для того чтобы схема обеспечивала указанную точность, следует использовать стабильные резисторы с допуском 1%. (Кстати, эту схему используют в высокочастотных усилителях, где она известна под названием «каскод»). В дальнейшем вы познакомитесь со схемами источников тока, в которых используются операционные усилители и обратная связь, и в которых также решена задача устранения влияния изменений U_бэ на выходной ток.

Влияние коэффициента h_21э можно ослабить, если выбрать транзистор с большим значением h_21э, тогда ток базы будет вносить незначительный вклад в ток эмиттера.

Рис. 2.25. Транзисторный источник тока с использованием напряжения U_бэ в качестве опорного.

На рис 2.25 показан еще один источник тока, в котором выходной ток не зависит от напряжения питания. В этой схеме напряжение U_бэ транзистора Т₁, падая на резисторе R₁, определяет выходной ток независимо от напряжения U_кк

U_вых = U_бэ/R2U₂.

С помощью резистора R₁ устанавливается смещение транзистора Т₂ и потенциал коллектора Т₁, причем этот потенциал меньше, чем напряжение U_кк, на удвоенную величину падения напряжения на переходе; тем самым уменьшается влияние эффекта Эрли. В этой схеме нет температурной компенсации; напряжение на R₂ уменьшается приблизительно на 2,1 мВ/°С и вызывает соответствующее изменение выходного тока 0,3%/°С).

Модель Эберса-Молла для основных транзисторных схем

ГЕНЕРАТОРЫ СТАБИЛЬНОГО МИКРОТОКА НА КРЕМНИЕВЫХ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

А.Аристов

Генераторы стабильного постоянного тока все чаще при­меняются в радиолюбительских конструкциях. Разра­ботано немало подобных генераторов, но в режиме мик­ротоков (от сотен до долей микроампера) обычно исполь­зуют лишь известный генератор стабильного тока на полевом транзисторе. Его большая популярность объ­ясняется тем, что является двухполюсником и может быть без особых сложностей введен в любую цепь. Одна­ко параметры такого генератора не всегда удовлетво­ряют конструктора и, кроме того, полевые транзисторы стоят намного дороже биполярных.

Вот почему члены радиокружка клуба юных техни­ков Первоуральского новотрубного завода, которым ру­ководит автор, решили испытать в режиме микротоков некоторые генераторы на кремниевых биполярных мало­мощных транзисторах. Результаты первых опытов были настолько обнадеживающими, что было предпринято специальное исследование, в ходе которого пришлось испытать многие известные устройства на одном или двух транзисторах, а также их варианты. Испытанные генераторы надежно работали при токах до долей мик­роампера и обладали несколько лучшими параметрами по сравнению с генератором на полевом транзисторе. В настоящей статье описываются лишь некоторые из испытанных генераторов.

Рис. 1. Схема генератора ста­бильного микротока на полевом транзисторе

Рис. 2. Схема генератора ста­бильного микротока с двупо-лярным источником питания

Прежде всего были измерены параметры генератора стабильного тока на полевом транзисторе, собранном по схеме на рис. 1. На этой схеме, как и на последую­щих, указаны динамическое выходное сопротивление (R_д), а также минимальное напряжение (U_MmH), при ко­тором генератор еще сохраняет работоспособность. Под этим напряжением следует понимать разность между напряжением питания и падением напряжения на на­грузке. Ток через нагрузку (R_H) во всех генераторах ра­вен 5 мкА. Динамическое выходное сопротивление опре­делялось как частное от деления изменения (в неболь­ших пределах) напряжения питания на изменение тока нагрузки (в роли нагрузки использовался микроампер­метр М273 с током полного отклонения стрелки 6 мкА).

Полевой транзистор взят с начальным током стока 0,9 мА, напряжением отсечки 0,8 В и крутизной харак­теристики 1,1 мА/В. Биполярные транзисторы во всех последующих устройствах выбраны со статическим коэффициентом передачи тока, измеренным при фикси­рованном токе коллектора 1 мА, равным 100.

Рис. 3. Схема гене­ратора стабильно­го микротока с однополярным источником пита­ния

Рис. 4. Схема про­стого генератора стабильного мик­ротока

Рис. 5. Схема гене­ратора стабильно­го микротока на эмиттерном повто­рителе

Среди генераторов стабильного тока (как выясни­лось, и микротока тоже), собранных на биполярных транзисторах, наилучшие параметры оказались у гене­ратора, схема которого приведена на рис. 2. Стабиль­ность его выходного тока (через нагрузку R_H) почти целиком зависит от стабильности напряжения питания U₁ и может быть достаточно высокой. Небольшое влия­ние температурной нестабильности напряжения на эмит-терном переходе (Uбэ) уменьшается при увеличении указанного напряжения питания. Динамическое выход­ное сопротивление генератора настолько велико, что удалось определить только гарантированную нижнюю границу его, реальное значение может быть в десятки раз больше.

Двуполярное питание описанного генератора можно создать искусственно (рис. 3) с помощью делителя на­пряжения R1R2. Правда, при этом несколько увеличи­вается напряжение U_мин, приблизительно до значения падения напряжения на резисторе R2. В ряде случаев этот резистор выгодно заменить стабилитроном, напри­мер, при нестабильном напряжении питания.

Генератор, собранный по схеме на рис. 4, несколько проще, но обладает недостатками. Главный из них — значительная нестабильность выходного тока от темпе­ратуры. При ее увеличении на 1 °С ток через нагрузку возрастает примерно на 2 %. Однако этот недостаток превращается в достоинство, если генератор используют как датчик температуры или элемент термокомпенсации. Кроме того, на практике встречаются случаи, когда на первый план выдвигается требование простоты схемы и приемлема даже такая нестабильность. К недостаткам можно отнести и трудность приобретения резистора R1 с большим сопротивлением.

Генератором стабильного тока может стать эмиттер-ный повторитель на кремниевом транзисторе (рис. 5), причем транзистор одновременно способен выполнять функции повторителя напряжения, усилителя мощности, инвертора фазы и другие. Ток нагрузки здесь является -суммой двух составляющих: тока через резистор R2 и тока базы транзистора. Первая составляющая стабиль­на благодаря тому, что напряжение на резисторе R2 стабилизировано на уровне примерно 0,6 В подключен­ным параллельно ему эмиттерным переходом кремние­вого транзистора. Нестабильность создает значительно меньшая по значению вторая составляющая, поскольку базовый ток изменяется при изменении напряжения на нагрузке.

Рис. 6. Схема генератора ста­бильного микротока с термо­компенсацией

Рис. 7. Схема ждущего мульти­вибратора с генератором ста­бильного микротока

Измерения температурной нестабильности тока на­грузки показали, что увеличение температуры на 1°С уменьшает ток нагрузки примерно на 0,3 %. Именно такое значение имеет температурная нестабильность на­пряжения на эмиттерном переходе транзистора.

Генератор стабильного микротока, построенный по схеме рис. 6, отличается от предыдущего тем, что вместо резистора R1 установлен дополнительный генератор стабильного тока на транзисторе VT1. Очевидным след­ствием такой замены является, во-первых, резкое воз­растание выходного динамического сопротивления. Кро­ме того, генератор позволяет добиться высокой темпе­ратурной стабильности тока нагрузки благодаря тому, что нагрев транзистора VT2 приводит к уменьшению этого тока, а нагрев VT1 — к увеличению. Подбором ре­зистора R2 можно добиться почти полной термокомпен­сации тока нагрузки.

Для иллюстрации возможностей генератора стабиль­ного микротока на основе эмиттерного повторителя слу­жит ждущий мультивибратор (одновибратор), собран­ный по схеме на рис. 7. В нем генератор выполняет роли усилителя, инвертора и элемента зарядки времязадаю-щего конденсатора С2. Благодаря генератору удалось получить заданную длительность выходного импульса (1 мс) при относительно небольшой емкости конденса­тора С2. Длительность импульса прямо пропорциональ­на номиналам деталей R2, С2 и напряжению источника питания.

Разработан ждущий мультивибратор для того, чтобы удовлетворить потребность нашего радиокружка в эко­номичном импульсном устройстве, не потребляющем энергию в паузах между импульсами, надежном и ста­бильном в работе, чувствительном, простом по схеме, допускающем плавную регулировку (изменением сопротивления резистора R2) длительности выходного им­пульса в широком диапазоне, способном работать на мощную нагрузку или при низком напряжении питания.

Мощность входного импульса может быть неболь­шой, но достаточной для приоткрывания транзистора VT2 настолько, чтобы приоткрылся транзистор VTL Тогда последует лавинообразный процесс насыщения транзистора VT2, и напряжение на. выходе мультивибра­тора упадет практически до нуля. Конденсатор С2 нач­нет линейно заряжаться, а ток коллектора транзистора VT1 линейно уменьшаться, пока не станет настолько ма­лым, что транзистор VT2 начнет закрываться. В этот момент произойдет лавинообразный процесс закрывания обоих транзисторов, а затем разрядка конденсатора С2 через резисторы Rl, R2, R4. Время восстановления со­ставляет не более половины длительности выходного импульса, передний фронт которого весьма крутой, а задний немного затянут (около 2 мкс).

Ждущий мультивибратор способен работать, напри­мер, на лампу накаливания, но для этого нужно умень­шить сопротивление резистора R1 пропорционально уменьшению сопротивления нагрузки.

Дифференциальные усилители с генераторами стабильного тока

Схема ДУ с генератором стабильного тока на биполяр­ных транзисторах показана па рис. 7.9, а. Такую схему имеет интегральный ДУ типа К118УД1. ГСТ выполнен на биполярном транзисторе VT3. Режим работы транзи­стора и, следовательно, ток в его коллекторной цепи опре­деляются делителем R’R» в цепи базы VD и резистором термостабилизации R3 в цепи эмиттера.

Рис. 7.9. Схема ДУ с генератором стабильного тока (а) и

выходные характеристики токостабилизирующего транзистора (б)

В качестве диода VD в интегральных ДУ обычно используется транзистор в диодном включении.

Большое динамическое и малое статическое сопротив­ления ГСТ обусловлены характером зависимости кол­лекторного тока от коллекторного напряжения транзи­стора VT3, отображаемой выходными характеристиками БТ (рис. 7.9, б). При токе I_К0 и напряжении U_КЭ0 стати­ческое сопротивление равно R_c = U_КЭ0/I_К0, а динами­ческое r_i= 1/h_22э = ΔU_КЭ/ΔI_К. Ввиду малого наклона выходных характеристик к оси тока I_К при сравнимых значениях U_КЭ0 и ΔU_КЭ приращение тока ΔI_К значительно меньше его стационарного значения I_К0. Поэтому r_i » R₀.

В интегральных ДУ и интегральных усилителях других типов в качестве ГСТ широко используются диодно-транзисторные структуры, называемые отражателями тока или токовыми зеркалами.

Простейшая схема отражателя тока дана на рис. 7.10. Она содержит два идентичных БТ, у которых эмиттерные переходы соединены непосредственными связями.

Рис. 7.10. Схема отражателя тока натранзисторах типа n – p – n

При одинаковых площадях эмиттерных переходов транзисто­ров VT1 и VT2 эмиттерные токи I_Э1 и I_Э2 равны между собой, вследствие чего ток I₂ оказывается равным току I₁. Если первый каскад данной схемы считать входным, а второй — выходным, то из равенства I₂ = I₁ следует, что выходной ток I₂ повторяет или отражает входной ток I₁. Отсюда и название «отражатель тока» или «токовое зеркало». Отражатель тока является дуальной схемой по отношению к повторителю напряжения. Он имеет малое входное и большое выходное сопротивления.

Эмиттерные токи I_Э1 и I_Э2 отличаются друг от друга, если эмиттерные переходы транзисторов VT1 и VT2 на­ходятся под разными напряжениями U_БЭ1и U_БЭ2 или если площади эмиттерных переходов различны. Из этого сле­дует, что, изменяя геометрию транзисторов VT1 и VT2 или создавая различия в напряжениях эмиттерных персходовU_БЭ1и U_БЭ2, можно изменитькоэффициентпере­дачи отражателя тока.

Увеличение площади эмиттерного перехода транзи­стора VT2 достигается увеличением линейных размеров перехода этого транзистора или использованием в каче­стве VT2 многоэмиттерного транзистора (рис. 7.11, а). При этом для БТ типа п-р-п практически удается по­лучить коэффициент передачи в пределах 1…10.

Чтобы создать различные напряжения на эмиттерных переходах, в эмиттерные цепи транзисторов включают резисторы R1 и R2 (рис. 7.11, б). Соответствующим вы­бором сопротивления резистора R2 можно получить коэф­фициент передачи отражателя тока в пределах 0,1…0,9.

Рис. 7.11 Способы обеспечения требуемого

коэффициента передачи тока в токовом зеркале

Рис. 7.12. Схемы отражателей тока на транзисторах типа р-п-р

Ряд разновидностей отражателей тока может быть создан на БТ типа р-п-р. Например, отражатель тока, показанный на рис. 7.12, а, аналогичен отражателю тока, приведенному на рис. 7.10. Вместо многоэмиттерного транзистора в отражателях тока на БТ типа р-п-р для увеличения площади коллекторного ЭДП может исполь­зоваться многоколлекторный транзистор (рис. 7.12, б).

Основные свойства диодно-транзисторных структур зависят от идентичности входящих в них элементов, а также от возможности изменять геометрические размеры этих элементов. Свойства отражателей тока обусловлены технологией производства ИМС и не могут быть реализо­ваны в дискретной технике.

ДУ удобно использовать в качестве усилителей с регу­лируемым коэффициентом усиления. Регулировка коэффициента усиления осуществляется путем изменения на­пряжения базы одного из транзисторов VT1 или VT2 либо тока I₁ транзистора VT3 (см. рис. 7.9, а). В первом случае усиливаемый сигнал подается на базу транзистора VT3, а во втором- на базу одного из транзисторов VT1 или VT2 (база второго транзистора при этом соединяется с кор­пусом) .

LM334 Цепи постоянного тока Учебное пособие

Льюиса Лофлина

Источник постоянного тока (CCS) в электронике — это устройство / цепь, которая производит постоянное значение тока независимо от напряжения источника или сопротивления нагрузки.

На рис. 1 показана общая схема CCS, использующая биполярный транзистор PNP.

Значения Ic = Ib * hfe (бета) транзистора. Цепь постоянного тока также может использоваться в качестве ограничителя тока.

Maxim Semiconductor отмечает следующее, почему нам нужно использовать источник постоянного тока. «При использовании белых светодиодов для подсветки дисплеев или других приложений освещения есть две причины использовать их с постоянным током:»

Во избежание нарушения абсолютного максимального номинального тока и снижения надежности.

Для получения предсказуемой и согласованной силы света и цветности каждого светодиода.

Они отмечают: «Прямой ток vs.прямое напряжение шести случайных белых светодиодов (по три от каждого из двух производителей) … при подаче напряжения на эти шесть светодиодов, например, 3,4 В, их прямой ток будет изменяться от 10 мА до 44 мА, в зависимости от светодиода ».

Помимо светодиодов, источники постоянного тока используются с резистивными датчиками, такими как фотоэлементы и термисторы, для большей стабильности и для источников питания с ограничением тока.

См. Источник постоянного тока LM317 для освещения светодиодов

См. Источник постоянного тока LM334 с резистивными датчиками.

На рис. 1 Ib управляется резистором 1 кОм и потенциометром 5 кОм. При Vcc, равном 12 вольт, мы падаем 0,6 вольт на переход база-эмиттер Q1. Мы настраиваем потенциометр на базовый ток 3 мА (0,003 А). Если Q1 имеет hfe 50: Ic = 0,003 * 50 = 150 мА или 0,15 А.

Эти схемы необходимы для работы с матрицами мощных светодиодов. Схема выше проста, может быть немного нестабильной из-за дрейфа температуры с Q1, вызывающего дрейф тока.Эта проблема незначительна по сравнению с дрейфом источника питания, который может вызвать гораздо большую нестабильность.

На рис. 2 показан более стабильный источник постоянного тока, использующий LM741 OP-AMP. Ток коллектора Ic = (Vcc — Vref) / RE. В приведенном выше примере с Vref = 1,5 В и RE = 10 Ом; (12 В — 10,5 В) / 10 = 150 мА. Эта конструкция более стабильна из-за обратной связи с контактом 2 на LM741, когда изменения температуры вызывают изменения тока с Q1. Потолок на 20 кОм можно заменить постоянными резисторами.

Большой плюс — Ic не зависит от Q2 hfe — hfe — это усиление постоянного тока.

Это было протестировано и хорошо работало даже при напряжении до 5 В при подключении белого светодиода с током 150 мА при 3,2 В. Единственная слабость — это колебания тока из-за смены блока питания.

Рис. 3 использует LM334, трехконтактный источник тока, предназначенный для работы при уровнях тока от 1 мкА до 10 мА, которые задаются внешним резистором Rset. Устройство работает как «настоящий двухконтактный источник тока», не требующий дополнительных подключений питания.«Он также может работать как датчик температуры.

В этом примере я использую LM334 для управления Ib в Q3. Rset — это комбинация R1 и R2, настроенная на 100 Ом. Iset = Ib = 67,7 мВ / Rset = 677 мкА. Ic = Ib * hfe; Ic = 677 мкА * 180 = 120 мА. Q3 был 2N2907. См. Лист технических характеристик LM334.

Это намного превосходит две более ранние схемы, потому что колебания напряжения питания вызывают небольшое измеримое изменение Ic. Но LM334 страдает от максимального тока привода всего 10 мА, и есть много приложений, где требуются гораздо более высокие токи.

В следующем разделе мы рассмотрим использование регулятора переменного напряжения LM317 в режиме источника постоянного тока.

См. Цепи постоянного тока LM317

Выше мы увеличиваем ток из LM317. См. Источник питания

YouTube видео для этого проекта:

Новый апрель 2018 г .:

Домашняя страница Hobby Electronics и домашняя страница для веб-мастеров (Off site.)

Отсутствует

Отсутствует

Отсутствует

Простая схема генератора постоянного тока с использованием транзистора

Многие из нас, кто работал с аналоговыми схемами , часто сталкивались с терминами «источник напряжения » и «источник тока » в схемотехнике. Хотя все, что обеспечивает постоянное напряжение, например, простой USB-выход на 5 В или адаптер на 12 В, можно рассматривать как источник напряжения, термин «источник тока» всегда остается загадкой. И многие схемы, особенно та, которая включает в себя операционные усилители или схемы переключения, потребуют от вас использования источника постоянного тока, чтобы проект работал.Итак, что подразумевается под текущим источником? Как это будет работать и зачем это нужно?

В этом руководстве мы найдем ответы на эти вопросы, а также построим и протестируем простую схему источника постоянного тока с использованием транзистора . Схема, используемая в этом руководстве, сможет подавать на нагрузку постоянный ток 100 мА , но вы можете изменить его с помощью потенциометра в соответствии с вашими проектными требованиями. Интересно верно! Итак, приступим.

Обычно, когда блок питания управляет нагрузкой, может быть два возможных режима работы: один — , режим постоянного напряжения (CV), , а другой — , постоянный ток (CC), , , режим, .

В режиме CV источник питания делает выходное напряжение постоянным и изменяет выходной ток в зависимости от сопротивления нагрузки. Лучшим примером будет ваш USB-порт 5 В, где выходное напряжение фиксировано на уровне 5 В, но в зависимости от нагрузки ток будет меняться.Если вы подключите маленький светодиод, он будет потреблять меньше тока, а если вы подключите больший, он будет потреблять больше тока, но напряжение на светодиоде всегда будет 5 В.

В режиме CC идеальный источник тока Источник питания обеспечивает постоянный выходной ток и изменяет выходное напряжение в зависимости от сопротивления нагрузки. Примером этого может служить зарядное устройство 12 В в режиме CC, где ток зарядки будет фиксироваться в зависимости от напряжения. В случае, если у вас батарея 10.5 В, если вы подключите его к зарядному устройству на 1 А 12 В, выходной ток зарядного устройства всегда будет 1 А, но выходное напряжение будет изменяться для поддержания этого зарядного тока 1 А. Таким образом, здесь требуются цепи постоянного тока , другим примером может быть схема драйвера светодиода постоянного тока, где ток через светодиод должен быть постоянным.

В этом проекте мы построим простой генератор с транзисторным источником постоянного тока , используя всего 4 компонента.Это очень недорогая схема, которая может обеспечить источник постоянного тока 100 мА , используя источник питания 5 В. Он также будет иметь потенциометр для управления токовым выходом в диапазоне от 1 до 100 мА. Он будет обеспечивать постоянный ток даже при изменении сопротивления нагрузки. Это будет полезно использовать, когда в цепи требуется постоянный ток без колебаний. Ранее мы также построили другой тип схемы источника тока, называемой схемой токового насоса Хауленда, и схемой текущего зеркала, вы также можете взглянуть на них, если хотите.Теперь давайте посмотрим на материалы, необходимые для этого проекта.

Вышеупомянутая цепь полностью подключена к линии 5В. Выходная нагрузка должна быть подключена между выходом и заземлением. В приведенной выше схеме BC547 работает как транзистор прохода , подробнее об этом будет сказано в рабочем разделе.

I  out =  V  ref  / R4 + I  KA  

I  выход = 100 мА  (0,100 А)
V  ref =  2,5 В
I  KA  = 1 мА (0,001 A) [Примечание: минимальный ток смещения] 

I  из  = V  ref  / R4 + I  KA 
0,100 = 2,5 / R4 + 0,001
0,100 - 0,001 = 2,5 / R4
R4 = 2,5 / 0,099
R4 = 25 Ом (приблизительно) 

I  из  = V  ref  / VR  1  + I  KA 
0,002 = 2,5 / VR  1  + 0,001
0,002 - 0,001 = 2,5 / VR  1 
.001 = 2,5 / VR  1 
VR  1  = 2,5 К 

R1 = V  вход  / (I  выход  / hFE + I  KA ) 

Io  ut  = 100 мА (0,100 А)
В  в  = 5 В
hFE = 100 (максимум)
IKA = 1 мА (0,001 А) [Примечание: минимальный ток смещения]
R1 = V  дюйм  / (I  из  / hFE + I  KA )
R1 = 5 / (.100/100 + 0,001)
R1 = 2,5 кОм 

Транзистор BC547 действует как транзистор прохода , который управляется резистором смещения R1 и шунтирующим стабилизатором TL431. База транзистора фактически подключена к делителю тока . Эта схема делителя тока сделана с использованием резистора смещения и шунтирующего регулятора.TL431 регулирует постоянный ток, считывая опорное напряжение и управляя проходным транзистором BC547. Схема построена на макете, как показано ниже.

Когда плата была готова, я включил свою схему, используя источник постоянного тока 5 В, и начал ее тестирование. Я использовал разные нагрузки (разные значения резистора) на выходной стороне и следил за тем, чтобы ток всегда оставался постоянным.Я использовал мультиметр для измерения выходного тока моей схемы, и он всегда был около 100 мА, как показано на рисунке ниже

Полное видео тестирования можно найти внизу этой страницы. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в разделе комментариев ниже или используйте форумы для других технических вопросов.

В системе светодиодного освещения требуется источник постоянного тока для операций, связанных с вождением светодиодов.Как и в портативных устройствах, в схемах зарядки аккумуляторов используются источники постоянного тока. Небольшой список приложений, в которых используется источник постоянного тока, приведен ниже

• Система усилителя.
• Солнечные системы
• Электромагниты
• Моторная система для постоянной скорости.
• Датчики на эффекте Холла.
• Цепи стабилизатора смещения стабилитронов.

»Примечания к электронике

Простейшей формой источника тока является резистор, но активные источники тока, использующие транзисторы, могут обеспечивать гораздо более постоянный ток или управляемый ток.

Типы транзисторных цепей Включают:
Типы транзисторных цепей Общий эмиттер Эмиттер-повторитель Общая база Пара Дарлингтона Пара Шиклай Текущее зеркало Длиннохвостая пара Источник постоянного тока Множитель емкости Двухтранзисторный усилитель Фильтр высоких частот

См. Также: Конструкция транзисторной схемы

Активные источники постоянного тока часто используются в проектировании электронных схем.Некоторые цепи постоянного тока могут быть созданы с использованием очень небольшого количества электронных компонентов, но другие, обеспечивающие лучшую производительность, могут использовать несколько больше.

В простейшем источнике постоянного тока используется один электронный компонент: резистор, но часто в источниках постоянного тока используются транзисторы, хотя можно также использовать полевые транзисторы и, где это применимо, вакуумные настройки термоэмиссионных клапанов.

Можно сделать активный источник постоянного тока, используя один транзистор и пару резисторов, хотя также доступны более полные конструкции с использованием нескольких дополнительных электронных компонентов.

Что такое источник постоянного тока

Базовым элементом является источник тока, а это элемент или блок в цепи, функция которого заключается в обеспечении тока, при этом основное внимание уделяется обеспечению тока, а не напряжения.

Более полезный элемент с точки зрения подачи тока — это то, что называется источником постоянного тока. Этот объект обеспечивает заданный уровень тока независимо от импеданса нагрузки, на которую он направляет ток.

Теоретический источник постоянного тока сможет обеспечить постоянный ток полностью независимо от импеданса. Проблемы могут возникнуть, когда встречаются очень высокие уровни импеданса или даже разомкнутые цепи, потому что для достижения требуемых уровней тока могут потребоваться очень высокие напряжения.

В связи с этим у реальных источников постоянного тока есть ограничения на диапазон уровней импеданса, при которых они могут обеспечивать постоянный ток.

На графике ВАХ выхода источника постоянного тока характеристика представлена ​​прямой линией.

Есть два типа источников постоянного тока:

• Независимый источник тока: Для этой формы источника тока ток не зависит от какой-либо переменной в цепи. Другими словами, он производит фиксированный ток.

• Контролируемый источник тока: Этот вид устройства постоянного тока вырабатывает уровень тока, которым можно управлять с помощью внешнего фактора, такого как управляющее напряжение, но оно сможет обеспечить требуемый уровень тока независимо от Загрузка.

Применения активного источника тока

Источники тока необходимы в различных областях проектирования электронных схем.

Источники тока могут использоваться для смещения транзисторов, а также могут использоваться в качестве активной нагрузки для каскадов усилителей с высоким коэффициентом усиления. Их также можно использовать в качестве источников эмиттера для дифференциальных усилителей — например, они могут использоваться в паре транзисторов с длинными хвостами.

Их также можно использовать в качестве повышающих звеньев с широким диапазоном напряжений в источниках питания и других цепях с широким диапазоном напряжений.Если бы использовались обычные резисторы, то ток значительно варьировался бы в диапазоне напряжений.

Одним из распространенных примеров использования источников тока является управление стабилитроном в цепи регулятора. Поддержание постоянного тока независимо от тока, потребляемого последовательным транзистором в цепи, помогает поддерживать гораздо лучший уровень регулирования.

Отдельные источники тока также необходимы в различных процессах, включая электрохимию и электрофорез.

Таким образом, можно увидеть, что источник постоянного тока является важным схемным блоком, используемым в самых разных областях проектирования электронных схем.

Схема простого резисторного источника тока

В простейшей форме цепи постоянного тока используется единственный электронный компонент: резистор. Если напряжение источника намного выше, чем напряжение, при котором требуется ток, то выходной ток будет почти независимым от нагрузки.

Для идеального источника постоянного тока источник напряжения должен иметь бесконечное напряжение, а резистор — бесконечное сопротивление.

Для практических применений напряжение и сопротивление должны позволять току быть достаточно постоянным во всем диапазоне требуемых нагрузок.

Для схемы выше, ток можно очень легко рассчитать, так как он приблизительно равен I = V / R, потому что Vload (напряжение на нагрузке) намного меньше, чем V (напряжение источника).

Эта простая форма источника тока имеет множество ограничений:

• Высокие значения сопротивления, необходимые для рассеивания мощности, делают цепи неэффективными.
• Необходимы источники высокого напряжения, которые не всегда легко доступны.
• Изменения нагрузки могут вызвать некоторые колебания тока, если недоступны достаточно высокие значения напряжения источника.

Ввиду этих ограничений этот простой источник постоянного тока не широко используется там, где требуется истинный постоянный ток.

Для достижения лучшей производительности при использовании источника более низкого напряжения и меньшей рассеиваемой мощности, хотя и с несколькими дополнительными электронными компонентами, активная цепь постоянного тока более широко используется и обеспечивает лучшую общую производительность для большинства практических требований.

Основы транзисторного активного источника постоянного тока

Простое использование транзистора позволяет создать гораздо более эффективный источник тока, используя всего несколько дополнительных электронных компонентов, включая транзистор, несколько резисторов и несколько простых уравнений для конструкции электронной схемы.

Источник тока работает из-за того, что ток коллектора в схеме транзистора в раз больше тока базы. Это не зависит от напряжения коллектора при условии, что имеется достаточное напряжение для пропускания тока через нагрузочное устройство в коллекторе.

В этой схеме ток коллектора в β раз больше тока базы. Обычно β велико, и поэтому можно предположить, что ток эмиттера, который в (β + 1) раз больше тока базы, и ток коллектора, который в β раз больше тока базы, одинаковы.

Ввиду этого спроектировать схему для заданного тока несложно.

Iload = Ic = βIb

Iload = β Ve (β + 1) Re

Iload = Vb — 0.6Re

Примечание: здесь предполагается использование кремниевого транзистора, поскольку падение напряжения на базе эмиттера составляет 0,6 В

Установкой резисторов R1 и R2 можно установить базовое напряжение. Напряжение эмиттера будет на 0,6 вольт меньше, если предположить, что это кремниевый транзистор. Зная напряжение эмиттера, можно рассчитать ток эмиттера, просто зная закон Ома.

Схема простого стабилизированного активного источника тока

Чтобы устранить любые колебания тока, возникающие из-за изменений напряжения питания, достаточно просто добавить некоторую регулировку в основную схему, заменив несколько электронных компонентов.Это достигается заменой R2 на стабилитрон или опорный диод напряжения.

Применяются те же уравнения, что и раньше, но с той лишь разницей, что базовое напряжение поддерживается на более постоянном уровне в результате наличия стабилитрона, опорного диода напряжения.

Температурная зависимость активного источника тока

Одним из основных недостатков основного активного источника тока является то, что он в определенной степени зависит от температуры.Для многих приложений это может быть не важно, но там, где требуются очень жестко контролируемые условия, температурные характеристики могут быть очень важны.

Есть два основных варианта:

• Изменения Vbe в зависимости от температуры Эффект изменения Vbe, вызванного температурой, составляет приблизительно -2 мВ / ° C. Это приводит к изменению Vce. Можно рассчитать приблизительное соотношение: ΔVbe примерно равно -0.0001ΔVce.

  Это можно минимизировать, выбрав сопротивление эмиттера достаточно большим, чтобы гарантировать, что изменения напряжения эмиттера в десятки милливольт будут составлять лишь небольшую часть от общего напряжения эмиттера. Однако необходимо следить за тем, чтобы между коллектором и шиной оставалось достаточное напряжение, чтобы пропускать ток через нагрузку и компенсировать любые изменения напряжения питания.

• Изменения β относительно температуры Это может не быть серьезной проблемой, и любые отклонения можно минимизировать, выбрав транзистор с высоким значением / Hfe.Таким образом, вклад тока базы в ток эмиттера сводится к минимуму, а отклонения уменьшаются, насколько это возможно.

Цепи активного источника тока с хорошей температурной стабильностью

Можно разработать схемы транзисторных активных источников тока, у которых внутренняя температурная стабильность лучше, чем у простых схем, приведенных выше.

Одна из простейших схем — использовать схему, в которой используются транзисторы NPN и PNP. В показанной схеме изменения падения напряжения Vbe в TR1 компенсируются соответствующими изменениями в TR2.В этой схеме следует отметить, что R3 является подтягивающим резистором для коллектора TR1, потому что база TR2 может принимать ток, но не является его источником.

Все схемы включают транзисторы, но также могут использоваться другие активные электронные компоненты, включая полевые транзисторы и даже вакуумные лампы / термоэмиссионные клапаны. При использовании других электронных компонентов в качестве активного устройства в источнике тока, устройства и схема смещения должны учитывать тот факт, что и полевые транзисторы, и клапаны / лампы управляются напряжением, а не током.Тем не менее их можно использовать так же эффективно.

Транзисторные активные источники тока используются во многих областях, особенно в интегральных схемах и некоторых зарядных устройствах. Они позволяют подавать фиксированный или контролируемый ток независимо от напряжения (в определенных пределах) и поэтому очень полезны.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы».. .

Познакомьтесь с идеями схем источника постоянного тока для вас

Вам нужен источник постоянного тока для светодиодов? Построить источник питания для схемы зарядного устройства.

Почему мы должны использовать эти схемы?

Представьте, что вашей нагрузке нужен фиксированный ток, например светодиоды. Мы не можем запитать его более 20 мА. Это может повредить светодиод.

должен иметь постоянный ток и напряжение. Как обычно, к нему прилагаем токоограничивающий резистор.

Но в некоторых случаях мы не можем его использовать. Потому что входное напряжение все время меняется. Мы должны сделать постоянный ток через светодиод.

Другие события при зарядке аккумулятора. Обычно требуется только фиксированный ток. Вам тоже нужны эти схемы.

Если не понимаете.

Давайте начнем учиться в 7 схемах ниже.

1 # FET Драйверы постоянного тока для светодиодных дисплеев с использованием BF256

Это схема драйверов постоянного тока на полевых транзисторах для управления светодиодным дисплеем, которая может использовать FET-BF256 вместо резистора.

Обычно при использовании светодиодного дисплея в любых цепях часто используют резистор для ограничения тока светодиода. Потому что легко и дешево.

Но это не лучший вариант, он идеален только для стабильного источника напряжения. Когда мы меняем источник напряжения, ток, протекающий через светодиод, также изменяется, что приводит к нестабильной яркости светодиода. Он может быть поврежден, по нему должен протекать постоянный ток.

Например, в схеме цифрового логического пробника, которую нам нужно проверить на тип TTL, использующий только 5 вольт, и на тип CMOS, широкий диапазон напряжения от 3 до 16 вольт.Когда нам нужен светодиод с такой стабильной яркостью, все источники напряжения.

У меня хороший способ. «Полевой транзистор» является обязательным, потому что, когда мы соединяем затвор и исток вместе, мы ставим его вместо резистора. Они похожи на рисунок ниже.

Я использую номер: BF256 обычно используется как N-канальный усилитель RF (в частотах VHF / UHF), это малоразмерный полевой транзистор типа 92. Используйте при напряжении ниже 30 вольт. И посмотрите позиционный вывод (затвор, исток и сток) или вывод BF256 на рисунке.

И я тестирую это на макетной плате, как показано на видео ниже.Я использую блок питания… Регулируемая схема стабилизатора постоянного напряжения с использованием микросхемы ic-7805. которые имеют выходное напряжение от 5 В до 22 В, как нам нужно. (Напряжение TTL и CMOS)

Сначала я регулирую напряжение на 5 В (см. На счетчике выше). В то же время я измеряю ток, протекающий через светодиод, имеет только 4,22 мА. (См. На измерителе справа) Но светодиод имеет нормальную яркость. Обычно светодиоду требуется ток 15 мА.

Затем я увеличиваю напряжение, пока ток будет стабильным, всего около 5 мА, а светодиоды также будут стабильной яркостью, если нам нужны… счастливые схемы.

2 # Цепь постоянного тока с использованием светодиода

Это цепь постоянного тока с использованием светодиода. Обычно падение напряжения на светодиодах при прямом смещении составляет от 1,2 до 1,4 вольт в зависимости от типа светодиода, поскольку температурный коэффициент составляет -1,5 мВ на градус Цельсия. Что похоже на температурный коэффициент спая. между базой и эмиттером кремниевых транзисторов.

Из этого соотношения можно определить цепь постоянного тока без температурного коэффициента, как показано на Рисунке 1.

Схема постоянного тока с использованием светодиода

Из рисунка ток I течет через значение.

(U LED — U BE) / R

А так как температурный коэффициент транзистора и светодиода полностью смещен.

Таким образом, возникает температура. Это еще не влияет на протекающий ток.

3 # 7805 Цепь постоянного тока

Мы также используем регулятор 7805 для построения цепи постоянного тока. Это простая схема зарядного устройства.

Рекомендуется: 7805 техническое описание и примеры схем

Или регулятор тока с использованием IC-7805.

Базовый стабилизатор тока или регулятор тока с использованием 7805

В таблице данных, если используется резистор-R1, пропускайте ток от вывода вывода IC к нагрузке.

Затем он также подключает токовый выход к заземлению.

Схема внутри 7805 может поддерживать постоянный выходной ток.

Даже меняем любое входное напряжение. Но не забывайте, что он работает при входном напряжении 5 В.

Подробнее: о том, как найти R1 в любом случае.

4 # Прецизионный светодиодный регулятор с использованием LM337T

В качестве альтернативы можно использовать светодиод с источником питания с большим напряжением уровня.

Посмотрите на схему.

Светодиод LED1 будет получать стабильный ток. Некоторые называют прецизионной схемой регулятора светодиода с использованием LM337T.

Плюсы этой схемы в использовании нескольких деталей.

И вы должны использовать входное напряжение от -5В до -37В. Потому что эта микросхема — регулятор отрицательного напряжения.

Измените R2 для управления трендом (регулируемый (+/-) 15%).

Для R1: если получить от I LED1 = 1,5 В / R1, R2, например, ILED1 = 15 мА, R1 = 100 Ом.

5 # Зарядное устройство со стабилизированным током, использующее LM723

Обычно в цепи зарядного устройства батареи используется способ получения стабилизированного тока или стабильного тока.Для этой схемы также интегральная схема LM723 и некоторые электронные детали с оценкой схемы R1 = 11 Ом для фиксированного тока 60 мА.

Мы можем найти значение R, полученное от R = 700 / I, и транзистор 2N3055 добавить для увеличения тока любовник на LM723, долговечный, чтобы уменьшить потери мощности, чтобы электричество работало только около 1,6 Вт. Для выходного напряжения необходимо около 7,5 В, затем выберите использовать только низкое напряжение батареи. Деталь другая, Друзья видят в схеме, пожалуйста, да.

6 # Безопасный источник постоянного тока

Посмотрите на схему ниже. Это безопасная схема источника постоянного тока, как она работает?

КМОП операционный усилитель (номер ICL 7611) управляет входным током через P-канальный силовой транзистор Hexfet (номер IRF 9520), а затем поддерживает постоянное напряжение на R1.
Поскольку они соединены последовательно, используйте общий ток I = VREF / R1, в то время как Vref, определяемый IC2, составляет 1,25 В.

Преимущество этой схемы:
1.Ток нагрузки ограничен R1, когда нагрузка слишком велика.
2. На операционном усилителе и шестнадцатеричном транзисторе очень низкое служебное напряжение.

7 # Прецизионная схема стока тока

Это схема потребления тока , в которой используется транзистор, Jfet и операционный усилитель LM101 IC, что обеспечивает высокую точность.

Биполярные 2N5457 Jfet и PN2222 обычно имеют высокий выходной импеданс.
R1 используется в качестве резистора, считывающего ток, для обеспечения обратной связи с операционным усилителем LM101 , который обеспечивает большое значение петлевого усиления для отрицательной обратной связи, чтобы улучшить реальную природу стока тока.
Значение Iout — Vin / R1, на Vin больше 0 В.
Для малых значений тока резистор 10K и PN2222 могут быть отключены, если источник Jfet подключен к R1.