Генератор тока (источник тока). Различия и сходства стабилизаторов тока и напряжения.
2 245
Бурыкин Валерий Иванович
Генератор тока и генератор напряжения. В чём разница? Что такое Генератор тока и каковы области его применения.
***
По работе нужно было найти какое либо внятное описание того, что собой представляет генератор тока (стабилизатор тока, источник тока), его области применения и примеры расчёта. Ничего приемлемого найти не удалось.
Пришлось самому приступить к написанию статьи отвечающей на эти вопросы.
И ещё, пришлось заменить общепринятые обозначения «дельта» и «бесконечность» на слова. К сожалению, вместо них при попытке считать текст отображаются вопросительные знаки.
28.02.2012г.
***
Первое, что нам необходимо понять — это то в чём различия генератора тока и стабилизатора напряжения.
Стабилизатор напряжения.
Другие названия:
— источник напряжения;
— генератор напряжения;
— источник опорного напряжения (в схемах его обычно обозначают как ИОН).
Основное требование:
Uвых. = const.
Ток в нагрузке подключенной к выходу стабилизатора напряжения изменяется в зависимости от величины Rнагр.
Идеальный режим работы стабилизатора напряжения соответствует Rнагр. = бесконечности.
Идеальный генератор напряжения создаёт на сопротивлении нагрузки напряжение стабильной величины. При этом его внутреннее сопротивление равно нулю (Ru = 0). Ток в нагрузке определяется по формуле:
Iнагр. = U / Rнагр.
Из этого можно сделать вывод:
— так как напряжение стабильно, то при изменении Rнагр. будет изменяться ток, протекающий через нагрузку, Рис. 1.
Рис. 1 Схема идеального источника напряжения.
Идеальный источник напряжения при уменьшении Rнагр. до нуля способен создавать ток бесконечно большой величины.
Но в жизни ничего идеального не существует, все источники напряжения имеют некоторое внутреннее сопротивление — Ru.
Это приводит к тому, что напряжение источника делится между внутренним сопротивлением Ru и сопротивлением нагрузки Rнагр, Рис. 2
Рис. 2 Функциональная схема реального источника напряжения.
Поэтому ток в нагрузке вычисляется по формуле:
Iнагр. = U / (Ru + Rнагр.)
Максимальный ток возникает при Rнагр. = 0.
Из формулы видно — ток в нагрузке зависит от напряжения развиваемого источником, а также от величины суммы сопротивлений Rнагр. и Ru.
Как правило, внутреннее сопротивление источника напряжения (Ru) выбирается как минимум в
Т.е. желательно, чтобы соблюдалось условие:
Rнагр. min => 100*Ru
В данном случае мы не рассматриваем вопрос о мощности источника напряжения. Мощность зависит от принципа построения источника, реализуемой схемы и применяемых компонентов.
Теперь посмотрим, что собой представляет генератор тока
Генератор тока.
Другие названия:
— источник тока;
— стабилизатор тока.
Основное требование:
Iвых. = const.
При этом напряжение на нагрузке изменяется в зависимости от величины Rнагр.
Идеальный режим работы стабилизатора тока возникает при Rнагр. = 0
Идеальный источник тока создаёт в нагрузке стабильный ток, то есть — ток, величина которого не зависит от сопротивления нагрузки, Рис. 3.
Рис. 3 Функциональная схема идеального источника тока.
Так как ток источника не зависит от величины сопротивления нагрузки то при изменении Rнагр. пропорционально будет изменяться и Uнагр.
Uнагр. = Rнагр. * Iист.
Идеальным генератором тока считается такой источник, через который протекает ток неизменной величины и не зависящий от Rнагр.
В таком случае если Rнагр стремится к бесконечности, то Uнагр. так же стремится к бесконечности. Такая ситуация на практике неосуществима. Реальные генераторы тока поддерживают стабильный ток в нагрузке только в пределах от Rнагр. = 0 до некоторой величины Rнагр. max.
Эквивалентные схемы генераторов тока, приводимые в академической литературе малопонятны, а формулы, описывающие их работу, вряд ли когда-либо понадобятся в практических расчетах.
Поэтому я начну сразу с практических схем.
Наиболее доступная и простая как в понимании, так и в расчётах схема выглядит так:
Рис. 4 Практические схемы простых генераторов тока на биполярных транзисторах.
На рисунке изображены две одинаковые схемы простых генераторов тока. Разница состоит только в том, что применены транзисторы разной проводимости. Другое отличие это то, к какому полюсу источника питания подключена нагрузка.
В обоих случаях применена схема включения транзистора с общим коллектором (эмиттерный повторитель). Эмиттерным повторителем она названа за то, что изменение напряжения на эмиттере (Uэ) повторяет изменение напряжения на базе, в нашем случае это Uстаб.
Повторяет именно изменение напряжения, а не само напряжение
так как существует падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора. Поэтому в случае усилителя постоянного тока напряжение Uэ будет определяться по формуле:Uэ = Uстаб. — Uбэ
где Uбэ — падение напряжения на переходе база — эмиттер транзистора.
Поскольку Uэ зависит только от напряжения стабилизации стабилитрона и от напряжения Uбэ, а значения этих напряжений можно считать константами, то в идеальном случае Uэ не будет зависеть от изменения Uпит. и Rн.
Ток протекающий через Rэ является одновременно и током протекающим через нагрузку, то есть IRэ = Iист.
Соответственно Iист. вычисляется по формуле:
Iист. = Uэ / Rэ
где: Uэ и Rэ константы, следовательно и Iист. — так же константа.
На самом деле стабильность напряжения Uэ зависит от того насколько стабилитрон VD чувствителен к изменению протекающего через него тока и к воздействию окружающей температуры.
То же самое относится и к переходу база — эмиттер транзистора.
Пока будем считать, что эти факторы нас не касаются.
В этом случае мы будем находиться в счастливом заблуждении, что наши расчёты абсолютно точны.
Основные параметры источника (генератора) тока:
1. Величина требуемого СТАБИЛЬНОГО тока — (Iист.).
Т. е. тока, который питает нагрузку и не изменяется под воздействием внешних факторов.
2. Максимальное сопротивление нагрузки — (Rнагр. max).
3. Минимально возможное напряжение источника питания для нашей схемы — (Uпит. min).
Что нужно для расчёта источника тока.
Самый тяжёлый вариант входных условий.
Здесь вас пытаются уложить в Прокрустово ложе тем, что лишают манёвра.
Требования заказчика:
а. Ток источника тока (генератора тока) = Iист.
б. Сопротивление нагрузки, которое меняется от Rнагр. min до Rнагр. max.
Замечу — нижний предел сопротивления нагрузки (Rнагр. min) для генератора тока всегда можете смело принимать за ноль.
Rнагр. max. — определяется из характеристик питаемого оборудования и важен для расчёта.
в. Напряжение питания = Uпит.
Методика расчёта генератора тока.
Первое, что нужно определить это то какое максимальное напряжение необходимо развить на Rнагр.
Uнагр. max = Iист. * Rнагр. max
Далее определить то, каким запасом по напряжению мы располагаем.
Uзап. = Uпит. — Uнагр. max
Нужно понимать, что напряжение запаса должно поделиться между Uкэ. и Uэ.
Значение напряжения Uкэ. которое снижается до минимального значения при максимальном значении Rнагр. желательно принять не менее 3 Вольт. Конечно чем больше, тем лучше
Далее можем вычислить с каким максимальным напряжением стабилизации при заданных условиях можно выбрать стабилитрон.
Uстаб. max = Uзап. — Uкэ + Uбэ
Сопротивление Rэ рассчитываем по формуле:
Rэ = (Uстаб. — Uбэ) / Iист.
Из этой формулы видно, что током генератора тока мы можем управлять двумя способами:
— изменяя Uстаб.;
— изменяя Rэ.
Uбэ — константа и изменению не подлежит.
Есть ещё один подводный камень, это соотношение напряжений Uбэ и Uстаб.
Из последней формулы видно, что если Uстаб. окажется меньше или равно Uбэ, то в этом случае Rэ должно быть либо равным нулю, либо отрицательным. И то, и другое невозможно.
Таким образом, если Uстаб. получится меньше или равно Uбэ то схема окажется неработоспособной, так как в этом случае мы не сможем открыть транзистор и создать хоть какое либо падение напряжения на Rэ.
Желательно получить Uстаб. в шесть — семь раз превышающее Uбэ.
Если Uстаб. получается близким по значению к Uбэ то необходимо изменять входные условия. Если вы не можете повлиять на параметры нагрузки: (уменьшить Rнагр. max) или согласовать уменьшение тока от генератора тока, остается только один вариант — увеличить напряжение питания. Если и это невозможно согласовать…. Тогда пошлите заказчика к чёрту, а расчёты выкиньте в корзину.
Пример расчета простого генератора тока на биполярном транзисторе
Тяжёлый вариант.
Требования заказчика:
а. Iист. = 20мА;
б. Rнагр. max. = 3кОм;
в. Uпит. = 50В.
г. нагрузка привязана к + Uпит.
Это и есть то самое Прокрустово ложе.
Простейшая для понимания схема будет такова:
Рис. 5
Пример расчета:
Первое что нужно сделать, это проверить возможность создания такого генератора тока.
Попробуем произвести расчёт.
Uнагр. max = Iист. * Rнагр. max. = 0.02 * 3 000 = 60В
Видим неприятную картину.
Заданное Uпит. меньше требуемого Uнагр. max. Следовательно мы не сможем обеспечить требуемый ток в нагрузке при максимальном сопротивлении Rнагр.
Что делать?
Самое удобное для нас это уменьшить ток генератора тока. Как было сказано ранее этого можно добиться либо уменьшая Uстаб., либо увеличивая Rэ.
Ток при этом определяется по формуле:
Iист. = (Uстаб. — Uбэ) / Rэ
Допустим, нам удалось согласовать изменение величины тока.
Посмотрим, какая величина Iист. нас устроит.
Как уже говорилось Uстаб. желательно выбрать не менее 6* Uбэ. Среднее значение Uбэ для кремниевых транзисторов составляет 0,65 В. Оно может изменяться в зависимости от выбранного транзистора, но ненамного (если конечно вы не выберете составной транзистор). Рассчитаем величину Uстаб.
Uстаб. = Uбэ * 6 = 0,65 * 6 = 3,9В
Обращаемся к справочнику по диодам, находим там раздел «Стабилитроны». И о чудо! Есть такой стабилитрон! И зовут его 2С139А.
Он обладает следующими параметрами:
Uст — напряжение стабилизации стабилитрона
Uст ном — номинальное напряжение стабилизации стабилитрона
Iст — ток стабилизации стабилитрона
Iст ном — номинальный ток стабилизации стабилитрона
Рmax — максимально-допустимая рассеиваемая мощность на стабилитроне
rст — дифференциальное сопротивление стабилитрона
aст — температурный коэффициент стабилизации стабилитрона
Тк max — максимально-допустимая температура корпуса стабилитрона
Далее определим необходимый запас по напряжению.
Uзап. = Uстаб. — Uбэ + Uкэ = 3,9 — 0,65 + 3 = 6,25 В
Вычитаем из величины питающего напряжения напряжение запаса и получаем максимально возможное напряжение на нагрузке.
Uнагр. = Uпит. — Uзап. = 50 — 6,25 = 43,75 В
Полученную величину Uнагр. делим на Rнагр. max. и получаем то значение тока, которое нас устроит.
Iист. = Uнагр / Rнагр. max = 43.25 / 3000 = 0.0144 А
Итак, нам удалось изменить требования заказчика, теперь они выглядят так:
а. Iист. = 14,4мА;
б. Rнагр. max. = 3кОм;
в. Uпит. = 50В.
г. нагрузка привязана к + Uпит.
Значит, мы можем приступить к окончательному расчёту элементов схемы.
Rбал. = (Uпит. — Uстаб.) / Iст ном = (50 — 3,9) / 0,01 = 4610 Ом
Где: Iст ном — взято из справочника.
Выбираем ближайшее значение Rбал. (желательно в меньшую сторону):
Rбал. = 4,3кОм.
Определим величину сопротивления Rэ.
Rэ = (Uстаб. — Uбэ) / Iист. = (3,9 — 0,65) / 0.0144 = 225,694444444444…….Ом.
Опять же принимаем ближайшее значение и снова в меньшую сторону.
Rэ = 220 Ом.
В итоге получаем окончательную схему.
Рис. 6 Результат расчёта.
Какой выбрать транзистор VT1?
Да любой биполярный npn транзистор.
Нужно помнить только, что у нас задано Uпит = 50 В. А это говорит о том, что допустимое напряжение Uкэ должно быть не менее этого значения (лучше раза в полтора больше). Максимальную мощность, рассеиваемую на корпусе транзистора можно рассчитать исходя из предельного режима, когда Rнагр. = 0.
В этом случае Uкэ будет равно Uпит.-Uэ.
Значит, мощность рассеяния можно определить из формулы:
Pк max = (Uпит. — (Uстаб. — Uбэ)) * Iист. = (50 — (3,9 — 0,65)) * 0,0144 = 0,673 W
где Pк — мощность рассеиваемая на коллекторе транзистора и выбирается она из справочника. (Надеюсь нет смысла объяснять почему нужно выбрать транзистор с несколько большим Pк?).
В этом расчёте мы исходим из условия короткого замыкания в нагрузке.
Можно конечно произвести расчёт из условия Rнагр = Rнагр. min, т.е. то минимальное сопротивление которое задано заказчиком. В этом случае Pк max. получится меньше, но в тоже время источник может оказаться слишком чувствительным к короткому замыканию в нагрузке.
Может случиться так, что заказчик не пойдет на то чтобы изменить входные параметры.
В этом случае нужно понять: какую сумму он готов заплатить за готовое изделие.
Физика есть физика и против её законов не попрёшь.
Если заказчик готов раскошелиться, то в схему можно ввести дополнительный источник питания, позволяющий входное напряжение 50В преобразовать в то напряжение, которое позволит нам вписаться в исходные условия.
Рассчитаем какое минимальное Uпит. нам необходимо для удовлетворения первоначальных условий. Вот эти условия:
а. Iист. = 20мА;
б. Rнагр. max. = 3кОм;
в. Uпит. = 50В.
г. нагрузка привязана к + Uпит.
Uэ и Uкэ можно оставить прежними, к ним у нас претензий быть не должно.
То, какое максимальное напряжение на нагрузке при данных условиях мы должны развить уже было рассчитано (Uнагр. max = 60 В).
В этом случае (если мы снова возьмём стабилитрон 2С139А) минимальное значение напряжения питания можно определить из формулы:
Uпит. min = Uнагр. max + Uэ + Uкэ = 60 + 3,25 + 3 = 66,25 В
где Uэ = Uстаб. — Uбэ.
Для ровного счёта примем Uпит. min = 67 В.
В этом случае схема примет следующий вид:
Рис. 7 Генератор тока с внутренним источником напряжения.
Есть одно НО! Добавление этого квадратика может увеличить стоимость схемы в сотню раз. Хотя желание заказчика мы при этом удовлетворим.
Иногда в схему генератора тока вводят операционный усилитель (другое название — дифференциальный усилитель). Это позволяет создать большой коэффициент усиления в цепи отрицательной обратной связи и исключить влияние Uбэ транзистора на стабильность выходного тока.
Пример такой схемы приведён на Рис. 8.
Расчёт такой схемы отличается только тем, что нужно забыть об Uбэ.
Рис. 8 Генератор тока с дифференциальным усилителем.
Можно пойти дальше и создать стабилизатор тока с регулируемым значением Iист.
В этом случае желательно заменить стабилитрон на маломощный линейный стабилизатор напряжения. Обычно такие стабилизаторы напряжения в схемах обозначаются как ИОН (источник опорного напряжения).
Вот пример такой схемы:
Рис. 9 Регулируемый генератор тока.
Ну вот, кажется всё основное, то что касается построения и расчёта генераторов тока я изложил.
Теперь встаёт вопрос…. А на кой чёрт нам всё это нужно?
Ну, стабилизаторы напряжения… — тут всё понятно!
Широко применяются в бытовой и промышленной электронике. Ни одно современное электронное устройство не обходится без них.
А зачем нужно устройство, которое не может поддерживать стабильное напряжение на нагрузке, и это напряжение постоянно «гуляет», а величина этого напряжения будто привязана к величине Rнагр.?
Рассмотрим некоторые области применения генераторов тока (стабилизаторов тока, источников тока).
Первая и наверное самая распространённая область — это источники стабильного напряжения, как раз то без чего не обходится практически ни одно современное электронное устройство.
В простейшем случае общая схема стабилизатора напряжения выглядит так:
Рис. 10 Функциональная схема стабилизатора напряжения.
Обозначения в схеме:
ИОН — источник опорного напряжения;
Уош. — усилитель ошибки;
Uоп. — опорное напряжение;
Uдел. — напряжение снимаемое с делителя подключенного к выходному напряжению стабилизатора напряжения.
Uош. — напряжение ошибки, оно вычисляется как Uоп. — Uдел.
Напряжение на выходе стабилизатора зависит от величины Uоп. и коэффициента деления делителя.
Uстаб. = Uоп * (Rдв + Rдн) / Rдн
Усилитель ошибки сравнивает два напряжения Uоп. и Uдел., его главная задача поддерживать Uош. близким к нулю, а следовательно следить за тем, чтобы Uстаб. оставалось неизменным.
Допустим мы имеем почти идеальный Уош., способный удерживать Uош. в десятки тысяч раз меньшим чем Uоп. (такие дифференциальные каскады сейчас существуют)
В этом случае мы можем пренебречь влиянием элементов схемы Уош. на величину Uстаб. и главным виновником в нестабильности выходного напряжения при изменении Uпит. будет ИОН.
Простейший источник опорного напряжения выглядит так:
Рис. 11 Простой источник опорного напряжения.
Допустим, в процессе эксплуатации, Uпит. может изменяться от 18 до 36 Вольт.
Мы располагаем всё тем же стабилитроном 2С139А (учтите, буквы русские).
Первое что нужно сделать это рассчитать Rбал. Оно рассчитывается исходя из минимальной величины Uпит, при этом следует задаться минимальным током стабилитрона Iстаб. min.
Из справочных данных следует что рабочий диапазон токов стабилитрона лежит в пределах 3 — 70 mA. Номинальный ток — 10 mA. Подбираться слишком близко к нижнему пределу не стоит, так как при этом слишком сильно возрастает Rст. Определимся с минимальным током стабилитрона равным 7mA.
Тогда:
Rбал. = (Uпит. min — Uстаб.) / Iстаб. min = (18 — 3.9) / 7 = 2.014 кОм.
Ближайшее значение 2 кОм.
При Rбал. = 2 кОм и дельта Uпит. = 18 В, дельта Uоп. составит 0,53 В.
Разделив дельту на номинальное напряжение стабилитрона, определим величину нестабильности напряжения такого ИОН:
0,53 / 3,9 = 0,135
Т.е. нестабильность ИОН будет равна 13,5%.Понятно, что напряжение на выходе стабилизатора напряжения будет изменяться по такому же закону. И его нестабильность так же составит 13,5%.
Посмотрим на сколько при таком изменении напряжения питания изменится ток протекающий через стабилитрон.
Изменение тока протекающего через стабилитрон можно вычислить по следующей формуле:
дельта Iстаб. = (Uпит. max — Uпит. min) / Rбал. = (36 — 18) / 2000 = 9 mA.
Изменение тока составило 129% так как:
дельта Iстаб. / Iстаб. min = 9 / 7 = 1,29
Но нестабильность по напряжению в 13,5% нас не устраивает. Что делать?
Вот здесь нам и придёт на помощь его величество Генератор Тока.
Давайте запитаем стабилитрон, с которого будем снимать опорное напряжение, через это самое величество:
Рис. 12 Схема ИОН с повышенной стабильностью Uоп.
Допустим VD1 иVD2 будут всё те же 2С139А. В этом случае Rбал. так же будет равно 2 кОм.
Зададимся током через VD2. По справочнику номинальный ток этого стабилитрона 10 mA. Не мудрствуя лукаво примем это за истину.
Вычислим величину Rэ.
Rэ = (UVD1 — Uбэ.) / IVD2 = (3.9 — 0.65) / 10 = 0.325 кОм.
Принимаем ближайшее значение 330 Ом.
Изменение тока протекающего через Rэ, а значит и через VD2 при изменении Uпит. на 18 Вольт будет таким же как и изменение напряжения на VD1 рассчитанное ранее, т.е. 13,5%.
Абсолютная величина изменения тока VD2 составит: 10mA * 13.5% = 1,35mA, в отличии от 9 mA в VD1. Это приведёт к изменению напряжения на стабилитроне VD2 на 0,081V. Нестабильность опорного напряжения снизится до 2,1%.
Вместо 13,5% на VD1!
И это притом, что я выбрал довольно паршивый стабилитрон. Хотите получить меньшую нестабильность выбирайте стабилитрон с меньшим Rст.
Ну вот, с одной областью применения генераторов тока кажется разобрались.
Что же ещё? Где ещё нам может понадобиться источник стабильного тока?
Да там где используются резистивные датчики.
Фоторезисторы, термосопротивления, резистивные тензодатчики и т.д. и т.п.
Рис. 13 Один из вариантов подключения датчиков к генератору тока.
Сопротивление таких датчиков является функцией какого либо внешнего параметра — температуры, освещённости, давления. Обозначим зависимость Rдат. от величины параметра (P) как f(P).
Как правило, сопротивление связано с измеряемым параметром определённой математической формулой. Ток протекающий через датчик в случае использования идеального источника тока не зависит от Uпит.
Падение напряжения на Rдат будет определяться по формуле:
Uдат. = Iист. * f(P).
Так как Iист. = const, то Uдат. будет изменяться по тому же закону что и Rдат. Вот здесь нам и пригодилось то, что напряжение на выходе генератора тока «привязано» к Rнагр.
А дальше всё просто: берём контроллер на основе микропроцессора, закладываем в него софт состоящий из многих программ предназначенных для расчёта различных f(P), программу опроса множества датчиков, величины критических значений измеряемых параметров и подключаем всё это к центральному компьютеру межзвёздного корабля.
Теперь дежурная вахта в любой момент может получить информацию о величине температуры, освещения и давления в сотнях, а может и тысячах отсеках корабля, и даже о том, с каким ускорением летит корабль.
Лифт сможет сообщить о том, каков вес груза находящегося в кабине.
Вот кажется и всё то основное, что я хотел рассказать о генераторе тока.
Теперь вернёмся к началу статьи. В чём всё-таки сходства и различия генераторов (стабилизаторов, источников) тока от устройств поддерживающих на своём выходе стабильное напряжение (стабилизаторов напряжения)?
Составим таблицу сравнительных характеристик.
Отсюда видно, что генератор тока и стабилизатор напряжения представляют собой зеркальное отражение друг друга.
Я описал лишь некоторые области применения источников тока. На самом деле их намного больше.
Дерзайте.
Если вы заметили в статье я постоянно «путал» названия: генератор, источник, стабилизатор.
Это сделано специально. Т.к. в различной литературе по электронике и электротехнике вы можете столкнуться с любым из них.
И ещё.
Часто производители в описании своей продукции делают большую ошибку.
Вот пример:
С сайта «FG Wilson (Engineering) Ltd» :
Схема стабилизатора напряжения R438 обеспечивает управление по замкнутому циклу для выходного напряжения генератора переменного тока регулированием тока поля возбудителя. R438 может получать питание от поля системы с бесщеточным самовозбуждением или ПМГ и, как вариант, устанавливается на следующих генераторах переменного тока:
Генераторы переменного тока серии 1000*
Генераторы переменного тока серии 2000
Генераторы переменного тока серии 3000
В стабилизаторе напряжения R438 предусмотрена возможность проведения следующих регулировок (перед проведением регулировок необходимо внимательно ознакомиться с руководством по установке и техническому обслуживанию генератора переменного тока)
Я не буду воспроизводить всю статью, но и из этой выдержки видно, что для того, кто писал описание этого устройства нет разницы между генератором напряжения и генератором тока.
На самом деле это совершенно разные устройства.
Если мы говорим о генераторе тока, то это означает, что нормирован ток.
Если мы говорим о генераторе напряжения, то это означает, что нормировано напряжение.
Дополнительно о стабилизаторах тока и напряжения читайте в статье «Стабилизатор тока и стабилизатор напряжения» этого раздела.
b-valery.ru
|
Схемы генераторов тока, разновидности токовых зеркал, Онлайн калькулятор 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. Для разминки рассмотрим схемы простейших генераторов (источников) тока на транзисторах и операционных усилителях.
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). 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. 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. Размялись? Пришло время избавляться от недостатков простейших источников тока, обкашлянных нами выше. 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.
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. Проектировать источники тока на дискретных полевых транзисторах — занятие, на мой взгляд, довольно нецелесообразное. 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. А на следующей странице продолжим тему — посвятим её источникам тока на операционных усилителях, а также преобразователям напряжение-ток на ОУ и транзисторах.
|
vpayaem.ru
Схемы цепей
Рассматриваемые разделы
Схемы цепей питания биполярных резисторов…………………………………………………………………………………..2
Схемы цепей питания полевых транзисторов……………………………………………………………………………………..5
Составные транзисторы…………………………………………………………………………………………………………………………6
Генераторы стабильного тока (ГСТ)………………………………………………………………………………………………………6
Генераторы стабильного тока на полевых транзисторах……………………………………………………………………8
Генераторы стабильного тока на полевых и биполярных транзисторах…………………………..………………9
Источники опорного напряжения……………………………………………………………………………………………………….10
Однокаскадные усилители……..…………………………………………………………………………………………………………..11
Двухкаскадные усилители….……………………………………………………………………………………………………………….13
Трехкаскадные усилители….……………………………………………………………………………………………………………….22
Четырехкаскадные усилители….…………………………………………………………………………………………………………27
Специальные усилители…..…………………………………………………………………………………………………………………29
Дифференциальные каскады (ДК)………………………………………………………………………………………………………30
Схемы цепей питания биполярных транзисторов
Рисунок 1. Подача напряжений смещения биполярного транзистора:
а) для n-p-n транзистора
б) другой вид графического представления
в) для p-n-p транзистора
Рисунок 2. Схемы с фиксированным смещением
а) с фиксированным током базы через Rб
б) с фиксированным напряжением на базе
в) тоже с дросселем в цепи базы
Рисунок 3. Схемы биполярных транзисторов с автоматическим смещением (эмиттерная стабилизация):
а) основная
б) с дросселем в качестве нагрузки коллектора
в) в трансформаторном каскаде
г) с двухполярным питанием
Рисунок 4. Схемы питания биполярных транзисторов с автоматическим смещением (коллекторная стабилизация)
а) основная схема
б) с использованием фильтра
Рисунок 5. Схемы термокомпенсации точки покоя:
а), б) резистором с отрицательным температурным коэффициентом
в) резистором с положительным температурным коэффициентом
Рисунок 6. Схем термокомпенсации точки покоя:
а) включением диода в цепь базового делителя
б) включением диода в цепь базового делителя при наличии Rэ
в) в схеме с трансформаторным входом
г) включением диода в цепь обратной связи по постоянному току
Схема цепей питания полевых транзисторов:
Рисунок 7. Подача напряжения смещения в полевом транзисторе:
а) с фиксированным напряжением затвор-исток
б), в) с автоматическим смещением в цепи истока
г) с автоматическим смещением и с частичным включением в цепь истока
д) с делителем в цепи затвора
Составные транзисторы
Рисунок 8. Составные транзисторы:
а) Схема Дарлингтона
б) схема Нортона
в) с полевым транзистором
Генераторы стабильного тока (ГСТ)
Рисунок 9. Варианты схем токового зеркала:
а) ГСТ Уилсона
б) с регулировкой тока с резисторами в цепи эмиттеров
в) при низковольтном питании
Рисунок 10. ГСТ с повышенным выходным сопротивлением.
а) ГСТ, смещенный другим ГСТ
б) соединение транзисторов ОЭ-ОБ
в) для тока свыше 3 мА
г) двухвыводной ГСТ (встречное включение двух схем ГСТ [см. рис. 9(в)])
Генераторы стабильного тока на полевых транзисторах
Рисунок 11. ГСТ на полевых транзисторах:
а) простейшая схема
б) с увеличенным выходным сопротивлением
в) составной ГСТ ОИ-ОБ с увеличенным напряжением источника питания
Генераторы стабильного тока на полевых и биполярных транзисторах
Рисунок 12. Гибридные ИСТ:
а) с повышенной стабильностью выходного тока
б) с высоким выходным сопротивлением
Источники опорного напряжения
Рисунок 13. источники опорного напряжения:
а) с уменьшенным выходным сопротивлением
б) на многоэмиттерном транзисторе
в) с использованием перехода база-эмиттер
г), д) с регулируемым стабильным напряжением, последний с уменьшенным выходным сопротивлением, за счёт ООС на VT1
Однокаскадные усилители
Рисунок 14. Усилительные каскады с ОЭ:
а), б) с эмиттерной стабилизацией, без ОС по сигналу
в), г) с эмиттерной стабилизацией, и ОС по сигналу
д), е) с коллекторной стабилизацией
Рисунок 14. Усилительные каскады с ОК:
а) каноничная схема
б) с большим входным сопротивлением, не шунтируемым делителем
в), г) с двухполярным питанием и транзисторами разной проводимости
д) с токовым зеркалом в качестве генератора стабильного тока
Двухкаскадные усилители:
Рисунок 16. Усилители по схеме ОЭ-ОЭ:
а), б), в) на комплиментарных БТ
г) на БТ одинаковой проводимости
Рисунок 16. Усилители по схеме ОЭ-ОЭ:
д), е) на БТ одинаковой проводимости
Рисунок 17. Усилители на ПТ и БТ:
а) ОИ-ОЭ
б) с ОС
в) на составном резисторе Дарлингтона
Рисунок 18. Усилители с повышенным входных сопротивлением:
а) на БТ
б) на ПТ
в) на МОП ПТ
Рисунок 19. Повторители напряжений:
а), б) на ПТ и БТ
в) с динамической нагрузкой
Рисунок 20. Двухкаскадный усилитель с динамической нагрузкой.
Рисунок 21. Двухкаскадный усилитель с входным согласующим дифференциальным трансформатором и конечным каскадом по схеме Дарлингтона.
Рисунок 22. Усилители с последовательным питанием.
Рисунок 23. Усилитель с нейтрализацией входной емкости.
Рисунок 24. Двухкаскадный усилитель ОЭ-ОЭ
а) с емкостной связью
б) с гальванической связью
Рисунок 24. Двухкаскадный усилитель ОЭ-ОЭ
в) на транзисторах разной проводимости
Трехкаскадные усилители:
Рисунок 25. Трехкаскадные усилители:
а) усилители со структурой близкой к рис. 14(г)
б) усилитель с последовательным питанием
Рисунок 26. Усилитель с ПТ на входе
Рисунок 27. Усилитель на базе каскодной схемы с повышенным входным сопротивлением и структура Нортона.
Рисунок 28. Усилитель со скрещенным ОС
Рисунок 29. Усилитель с общей ОС.
Рисунок 30. Усилитель с Дифференциальным каскадом.
Рисунок 31. Усилитель с ПТ и общей ОС.
Рисунок 32. Усилитель с общей ОС
Рисунок 33. Усилитель с общей ОС
Четырехкаскадные усилители:
Рисунок 34. Усилитель с общей ОС и структурой близкой к рис. 14(д)
Рисунок 35. Усилитель с малым входным сопротивлением
Рисунок 36. усилитель на структурах ОЭ-ОК
Специальные усилители:
Рисунок 37. а) согласующий усилитель
б) нормирующий усилитель
Дифференциальные каскады (ДК):
Рисунок 38. Простейшие ДК:
а) на БТ
б) на ПТ
Рисунок 39. ДК на супербэта транзисторах
Рисунок 40. ДК:
а) с активной нагрузкой (VT2) в виде токового зеркала
б) с суммированием выходных напряжений левого и правого плеча на общем выходе
Рисунок 41. ДК на ПТ:
а) каскодное соединение ОИ-ОЭ с динамической нагрузкой на VT4
б) на МОП-транзисторах
Рисунок 42. ДК:
а) с инвертором на VT2 и VT3 для широкополосных усилителей
б) двухкаскадный ДК с одинаковой крутизной переднего и заднего фронта в режиме большого сигнала
studfile.net
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 (Rд), а также минимальное напряжение (UMmH), при котором генератор еще сохраняет работоспособность. Под этим напряжением следует понимать разность между напряжением питания и падением напряжения на нагрузке. Ток через нагрузку (RH) 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 RH) 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 Uмин, 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.
nauchebe.net
cxema.org — Три схемы простых регуляторов тока
Три схемы простых регуляторов тока
В сети очень много схем регуляторов напряжения для самых разных целей, а вот с регуляторами тока дела обстоят иначе. И я хочу немного восполнить этот пробел, и представить вам три простые схемы регуляторов постоянного тока, которые стоит взять на вооружение, так, как они универсальны и могут быть использованы во многих самодельных конструкциях.
Регуляторы тока по идее не многим отличается от регуляторов напряжения. Прошу не путать регуляторы тока со стабилизаторами тока, в отличии от первых они поддерживают стабильный выходной ток не зависимо от напряжения на входе и выходной нагрузки.
Стабилизатор тока — неотемлимая часть любого нормального лабораторного блока питания или зарядного устройства, предназначен он для ограничения тока подаваемого на нагрузку. В этой статье мы рассмотрим пару стабилизаторов и один регулятор общего применения.
Во всех трех вариантах в качестве датчика тока использованы шунты, по сути низкоомные резисторы. Для увеличения выходного тока любой из перечисленных схем нужно будет снизить сопротивление шунта. Нужное значение тока выставляют вручную, как правило вращением переменного резистора. Все три схемы работают в линейном режиме, а значит силовой транзистор при больших нагрузках будет сильно нагреваться.
Первая схема отличается максимальной простотой и доступностью компонентов. Всего два транзистора, один из них управляющий, второй является силовым, по которому и протекает основной ток.
Датчик тока представляет из себя низкоомный проволочный резистор. При подключении выходной нагрузки на этом резисторе образуется некоторое падение напряжения, чем мощнее нагрузка, тем больше падение. Такого падения напряжения достаточно для срабатывания управляющего транзистора, чем больше падение, тем больше приоткрыт транзистор. Резистор R1, задает напряжение смещения для силового транзистора, именно благодаря ему основной транзистор находится в открытом состоянии. Ограничение тока происходит за счет того, что напряжение на базе силового транзистора, которое было образовано резистором R1 грубо говоря затухаеться или замыкается на массу питания через открытый переход маломощного транзистора, этим силовой транзистор будет закрываться, следовательно, ток протекающий по нему уменьшается вплоть до полного нуля.
Резистор R1 по сути обычный делитель напряжения, которым мы можем задать как бы степень приоткрытия управляющего транзистора, а следовательно, управлять и силовым транзистором ограничивая ток протекающий по нему.
Вторая схема построена на базе операционного усилителя. Ее неоднократно использовал в зарядных устройствах для автомобильного аккумулятора. В отличии от первого варианта — эта схема является стабилизатором тока.
Как и в первой схеме тут также имеется датчик тока (шунт), операционный усилитель фиксирует падение напряжения на этом шунте, все по уже знакомой нам схеме. Операционный усилитель сравнивает напряжение на шунте с опорным, которое задается стабилитроном. Переменным резистором мы искусственно меняем опорное напряжение. Операционный усилитель в свою очередь постарается сбалансировать напряжение на входах путем изменения выходного напряжения.
Выход операционного усилителя управляет мощным полевым транзистором. То есть принцип работы мало чем отличается от первой схемы, за исключением того, что тут имеется источник опорного напряжения выполненный на стабилитроне.
Эта схема также работает в линейном режиме и силовой транзистор при больших нагрузках будет сильно нагреваться.
Последняя схема построена на базе популярной интегральной микросхеме стабилизатора LM317. Это линейный стабилизатор напряжения, но имеется возможность использовать микросхему в качестве стабилизатора тока.
Нужный ток задается переменным резистором. Недостатком схемы является то, что основной ток протекает именно по ранее указанному резистору и естественно тот нужен мощный, очень желательно использование проволочных резисторов.
Максимально допустимый ток для микросхемы LM317 1,5 ампера, увеличить его можно дополнительным силовым транзистором. В этом случае микросхема уже будет в качестве управляющей, поэтому нагреваться не будет, взамен будет нагреваться транзистор и от этого никуда не денешься.
Небольшое видео
{youtube}e8-WvMQBrDo{/youtube}
Печатные платы
- < Назад
- Вперёд >
vip-cxema.org
Источники тока на операционных усилителях, схемы и расчёты
Схемы генераторов тока, управляемых напряжением, на ОУ и выходными
каскадами на биполярных и полевых транзисторах.
Продолжаем наш тематический вечер, посвящённый схемотехническим исследованиям генераторов стабильного тока, источников тока и иже с ними — стабилизаторов тока.
В повестке дня сегодняшнего радиолюбительского заседания обозначены следующие мероприятия: викторина «Угадай радиодетальку», а также обсуждение схемы источника (генератора) тока, выполненного на интегральном операционном усилителе (ОУ в простонародье).
Базовые схемы генераторов тока на операционных усилителях мы бегло рассмотрели на предыдущей странице вместе с транзисторными источниками.
Повторим пройденный материал.
Рис.1
Генераторы тока, изображённые на Рис.1, (инвертирующий слева, неинвертирующий справа) — вполне себе работоспособные устройства,
которые являются близкими аналогами идеальных источников тока, и практически лишены недостатков, присущих транзисторным схемам.
Ток через нагрузку с достаточно высокой точностью описывается формулой
Iн≈ Uвх/R1.
При включении в качестве Rн конденсатора, приведённые схемы широким фронтом эксплуатируются в формирователях треугольного
и пилообразного напряжений.
В отдельных случаях существенным недостатком источников тока, изображённых на Рис.1, является «плавающая», т.е. не подключённая
никаким боком к земле или питанию нагрузка. К тому же, по большей части, операционный усилитель не может обеспечить значительных
величин токов, поступающих в нагрузку.
Рассмотрим схемы источников тока на ОУ, не имеющих этих недостатков.
Как правило, для получения устойчивого положительного результата,
к операционному усилителю присовокупляется дополнительный выходной каскад на биполярном или полевом транзисторе. 
Рис.2
На Рис.2 приведены схемы генераторов тока на ОУ с выходными каскадами на биполярном, либо полевом транзисторе и нагрузкой,
подключаемой к шине питания.
Пренебрегая входным током ОУ и конечным коэффициентом усиления транзистора, выходной ток составит всё ту же
величину
Iн≈ Uвх/R1.
На самом деле, коэффициент усиления биполярного транзистора имеет конечное значение, а полная формула тока нагрузки выглядит
следующим образом
Iн= Uвх×β/[R1(1+β)].
Это обуславливает некоторую нестабильность выходного тока при изменении сопротивления нагрузки за счёт проявления
эффекта Эрли (эффект влияния напряжения между коллектором и базой на величину коэффициента передачи тока транзистора).
Проявления этой нестабильности можно уменьшить, если в качестве биполярного транзистора использовать составной транзистор,
либо применяя полевой транзистор.
Особенность схем источников тока, показанных на Рис.2, состоит в том, что нагрузка подключается к шине питания. 
Рис.3
На Рис.3 приведены источники тока с заземлённой нагрузкой.
Выходной ток здесь описывается уже несколько другой формулой:
Iн≈ (Еп-Uвх)/R1.
Подобная зависимость выходного тока от управляющего напряжения не всегда удобна в практических разработках, поэтому для устранения этого
недостатка к схеме можно присовокупить дополнительный преобразователь уровня.
Рис.4
Здесь первый операционник с транзистором n-p-n структуры служит для преобразования уровня входного управляющего напряжения Uвх
в значение Eп-Uвх.
Rпр1 и Rпр2, как правило, выбираются одного номинала, величина которого рассчитывается, исходя из входного сопротивления второго
ОУ, а также из соображений приемлемого быстродействия при работе источника тока в динамическом режиме (т.е. при подаче на вход
импульсного сигнала управления).
Ну и ясен шпунтубель, что всё наше усердие было направлено на получение удобной зависимости
Iн≈ Uвх/R1, а для повышения выходного сопротивления источника тока вместо
простого биполярного выходного транзистора следует включить составной или полевой транзистор.
vpayaem.ru
Генератор тока повышенной мощности | Сабвуфер своими руками
Для проверки работоспособности и настройки источников питания, стабилизаторов напряжения постоянного тока, измерения ёмкости аккумуляторных батарей, зарядки аккумуляторов стабильным током и в других случаях необходим мощный генератор стабильного тока.
Схема мощного генератора стабильного тока, собранного на биполярных транзисторах, с использованием отечественных комплектующих, показана на сайте смотрите рис.1. Устройство для своей работы не требует дополнительного источника питания, имеет защиту от перегрузки и переполюсовки входного напряжения. Диапазон входных напряжений устройства 3…75В постоянного тока, максимальная рассеиваемая мощность 150 Вт, максимальный рабочий ток 10 А. Такой генератор пригодится также для регулировки тока осветительных или нагревательных устройств.
Конструкция содержит встроенные аналоговые амперметр и вольтметр. Вход устройства подключают к источнику напряжения постоянного тока в соответствии с указанной полярностью. Плавкий предохранитель FU1 защищает конструкцию и источник питания от перегрузки. Диод VD1 защищает генератор тока нагрузки от переполюсовки напряжения питания. На высоковольтных транзисторах VT1, VT2, резисторах R4, R5, R6 и светодиоде HL2 собран индикатор наличия входного напряжения. Транзисторы этого узла включены как генератор стабильного тока около 1.5 мА, который будет протекать через светодиод HL2, практически не изменяясь от изменения входного напряжения в несколько раз.
Регулируемый генератор стабильного тока собран на транзисторах VT3-VT8. Регулируют ток переменным резистором R13. Генератор тока имеет два диапазона регулировки потребляемого тока: при разомкнутых контактах SA1 ток можно регулировать в диапазоне 0.2…1.5А; при замкнутых контактах SA1 потребляемый ток регулируется в диапазоне 1.5…10 А. Транзисторы VT3, VT5, VT6-VT8 включены как мощный составной транзистор с большим коэффициентом усиления по току. Маломощный транзистор VT4 управляет величиной тока, потребляемого устройством. При перемещении движка переменного резистора R13 вверх по схеме, протекающий через транзисторы VT3, VT5, VT6-VT8 ток увеличивается.
Транзисторы VT6-VT8 для увеличения нагрузочной способности включены параллельно, их выводы эмиттеров подключены к минусовому проводу питания через мощные токовыравнивающие резисторы R15-R17. Стабилизация тока осуществляется следующим образом: например, при увеличении входного напряжения, ток через транзисторы VT6-VT8, резисторы R15-R17, резистор R14 и, при замкнутых контактах SA1, через резисторы R18-R20 стремится увеличиться. Следовательно, увеличивается падение напряжения на выводах резистора R14.
Это ведёт к тому, что также возрастает ток база- эмиттер VT4, этот транзистор открывается сильнее и шунтирует переход база-эмиттер транзистора VT3. Ток коллектор-эмиттер VT3 уменьшается, следовательно, будет уменьшаться ток через переходы транзисторов VT5-VT8.
Конденсатор С1 и резистор R8 предотвращают самовозбуждение узла на транзисторах VT3-VT8. Резистор R10 защитный для транзистора VT4. РА1 — стрелочный амперметр со встроенным шунтом. Если на его месте будет применён миллиамперметр без встроенного шунта, то дополнительно устанавливают мощный резистор R2.
РА1 — вольтметр со встроенным токоограничительным резистором. Если на его месте будет применён микроамперметр без встроенного резистора, то устанавливают дополнительный резистор R3. На резисторе R1, диодах VD1-VD4 и светодиоде HL1 собран индикатор перегорания плавкого предохранителя FU1. При зарядке аккумулятора последний включается последовательно с амперметром РА 1, т.е. в разрыв провода «+» от внешнего источника питания.
Конструкция и детали. Большинство деталей конструкции смонтировано на плате размерами 150×95 мм навесным монтажом (рис.2). Все сильноточные цепи должны быть выполнены медным монтажным проводом с сечением по меди не менее 1.5 мм². Все детали устройства смонтированы в корпусе размерами 255x150x110 мм (рис.3). Маломощные постоянные резисторы типов МЛТ, РПМ, С1-4, С2-23, С2-33. Переменный резистор R13 проволочный ППБ-ЗА, ППБ-1А сопротивлением 100…220 Ом. Качество переменного резистора должно быть безупречным, поскольку при плохом контакте подвижного контакта ток через генератор тока неконтролируемо увеличится.
Мощный резистор R14 типа С5-37 мощностью 10 Вт, под корпусом этого резистора в монтажной плате просверлены вентиляционные отверстия диаметром 5 мм. Вместо такого резистора подойдут другие проволочные мощностью 10 или 15 Вт, например, С5-35В-10, ПЭВ-10, 1ПЭВ-10. Резисторы R18-R20 самодельные проволочные, намотаны высокоомным проводом диаметром 0.68 мм на керамических трубках длиной 45 мм и диаметром 8 мм, можно использовать керамические трубки большего размера.
Для уменьшения количества межвитковых замыканий самодельные проволочные резисторы промазаны силикатным клеем. Вместо этих резисторов можно установить проволочные резисторы промышленного изготовления мощностью 15…25Вт, например, ПЭВ-20, ПЭВ-25 или удвоенное количество резисторов С5-37-10 сопротивлением 2.4 Ом. Под этими резисторами в монтажной плате также просверливают вентиляционные отверстия.
Регистры R15-R17 самодельные проволочные с одинаковым сопротивлением 0.1…0.25 Ом, по конструкции аналогичны резисторам R18-R20, установлены рядом с мощными транзисторами на дополнительной монтажной планке. Явно избыточная мощность постоянных проволочных резисторов необходима для того, чтобы уменьшить их нагрев, тем самым, повысив стабильность их сопротивления.
Конденсатор С1 плёночный импортный на рабочее напряжение не менее 100 В, можно заменить конденсатором типа К73-15, К73-16. К73-17, К73-24, К73-9. Маломощные диоды КД522А можно заменить любыми из серий КД503, КД510, КД521, 1 N914, 1N4148. Диод Д215 можно заменить любым из Д214, Д231А, Д232, Д242, Д242А, Д243, Д243А, серий КД203, 2Д203, КД206, 2Д213, КД213, 2Д231, HFA15PB60, HFA16TA60C и другими выпрямительными на обратное рабочее напряжение не менее 100 В и прямой рабочий ток не менее 10 А.
Светодиоды любого типа общего применения, желательно с повышенной светоотдачей, например, из серий КИПД21, КИПД36, КИПД40, КИПД66. Транзисторы КТ940Б можно заменить любыми из серий КТ940, КТ969, КТ9179, 2SC2330, 2SC2383, 2SC2310. Вместо транзистора КТ851А можно установив КТ851Б, КТ851В. КТ816Г, КТ8167А, КТ8167Г, 2SA1249, 2SA1306 с коэффициентом передачи тока базы не менее 100 при токе коллектора 50 мА. Этот транзистор установлен на дюралюминиевый теплоотвод с площадью охлаждения 6 см² (одна сторона).
Транзистор КТ850А можно заменить КТ850Б. КТ850В, КТ863В, КТ817Г, 2SD1407, 2SD1474, 2SD669A с коэффициентом передачи тока базы не менее 80 при токе коллектора 1 А. Этот транзистор установлен на дюралюминиевый теплоотвод размерами 50x45x3 мм. Транзисторы КТ808АМ можно заменить другими аналогичными, выполненными в металлостеклянном корпусе КТ-9 (ТО-3), например, тремя однотипными КТ808БМ, КТ808ВМ, КТ808А, КТ819ГМ, КТ864А, 2N3442, 2N3773, MJ3281 с коэффициентом передачи тока базы не менее 40 при токе коллектора 3 А.
Эти транзисторы установлены на общий массивный ребристый дюралюминиевый теплоотвод с площадью охлаждающей поверхности около 800 см² (одна сторона). Корпуса транзисторов изолированы от теплоотвода тонкими слюдяными прокладками. С таким теплоотводом генератор тока может рассеивать непрерывно до 60 Вт мощности при пассивном воздушном охлаждении или до 150 Вт кратковременно или при принудительном воздушном охлаждении с помощью вентилятора. Из этого следует, например, что при входном напряжении 37В максимальный постоянный ток не должен превышать 4А.
Этот теплоотвод также выполняет функцию задней стенки корпуса. Лучшим выбором в качестве мощных транзисторов VT6-VT8 будут транзисторы типа MJ3281A, которые имеют максимальную рассеиваемую мощность до 250 Вт каждый и гарантированный минимальный коэффициент передачи тока базы не менее 45 при токе коллектора 8 А.
Транзистор КТ3107Г можно заменить любым из серий КТ502, КТ3107, КТ361, SS9015, 2SB1116. Амперметр и вольтметр применены готовые типа М4200 со встроенными резисторами и готовыми шкалами. Кнопка SA1 типа KDC-A04-1 с зависимой фиксацией положения, можно заменить аналогичной с переключаемыми контактами, рассчитанными на коммутацию тока 10 А или более.
Свободные группы контактов соединяют параллельно. От сопротивления резистора R12 зависит максимальная величина тока, который можно установить переменным резистором. Внешний вид устройства показан на фото в начале статьи. Верхняя и нижняя крышки корпуса — металлические с вентиляционными отверстиями, с электрическими цепями устройства не соединены.
При проверке работоспособности следует учитывать, что измерительные щупы цифровых мультиметров, несмотря на значительную внешнюю толщину проводов, могут иметь крайне малое сечение провода по меди и значительно влиять на результаты измерений при токе более 1 А и низком выходном напряжении источника питания.
www.radiochipi.ru
