Генератор стабильного тока схема – Схемы цепей

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 R_б

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 R_э

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

studfiles.net

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= U_вх/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 I_н≈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 I_k1, задаваемый резистором R1: I_к1≈(E_п-0,7)/(R1+ R_э1), а ток, протекающий в нагрузке: I_н≈ R_э1×(E_п-0,7)/(R1× R_э2+ R_э1× R_э2).
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. I_к1≈(E_п-1,4)/(R1+ R_э1), I_н≈ R_э1×(E_п-0,7)/(R1× R_э2+ R_э1× R_э2).
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: I_к1≈(E_п-1,4)/(R1+ R_э1), I_н≈ R_э1×(E_п-0,7)/(R1× R_э2+ R_э1× R_э2).
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: I_к1≈(E_п-1,4)/(R1+ R_э1), I_н≈ R_э1×(E_п-0,7)/(R1× R_э2+ R_э1× R_э2). 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.

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

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.

nauchebe.net

Генератор стабильного тока ду

На рис.2.6 приведена схема транзисторного генератора стабильного тока, которая часто применяется в ИМС. В схеме осуществляется управление величиной тока I₀подачей сигнала на базу или эмиттер транзистораТ_З. Благодаря большому выходному сопротивлению каскада по переменному току в схеме ДУ обеспечивается хорошее подавление синфазной помехи. Компенсация влияния температуры на напряжение база — эмиттер транзистораТ_З осуществляется смещенным в прямом направлении диодомD. Вольт-амперная характеристика этого диода близка к входной характеристике транзистораТ_З. Поэтому можно считать, что падение напряжения на диоде . Это допущение тем вернее, чем ближе значения эмиттерного тока транзистораТ_З и тока через диодD.

Коллекторный ток транзистора Т_З является питающим токомI₀дифференциального каскада. На основании законов Кирхгофа для схемы, приведенной на рис. 2.6, находим

.

(2.12)

Рис. 2.6. Принципиальная схема транзисторного генератора стабильного тока

При подаче на базу транзистора Т_З относительно общей точки схемы малого переменного напряжения ,не содержащего постоянной составляющей, коллекторный ток равен

.

(2.13)

Здесь — крутизна каскада на транзисторе, определяемая его передаточной характеристикой. В рассматриваемом случае каскад представляет собой схему с общим эмиттером, охваченную отрицательной обратной связью по току за счет эмиттерного сопротивленияR₇, которое и определяет . Как показано в [11], имеем

.

(2.14)

Выходное сопротивление каскада определяется так же, как для схемы ОЭ с отрицательной обратной связью по току, и может быть выражено, например, через h-параметры транзистораТ_З в схеме с ОЭ.

Практически сопротивление R_эна низких частотах лежит в пределах от сотен килоом до единиц мегаом, с ростом частоты уменьшается.

Проведенный анализ позволяет сделать следующие выводы:

Ток I₀зависит от напряжения источника питания –Е_п(рис.2.2) и не зависит от +Е_п. Поэтому основные параметры ДУ также не зависят от напряжения +Е_п, которое определяет только постоянные составляющие напряжений на коллекторах транзисторов дифференциального каскада. Это позволяет не предъявлять высоких требований к стабильности напряжения источника питания +Е_п(особенно при использовании симметричного выхода ДУ) и облегчает развязку различных каскадов по цепям питания источника +Е_п. Таким образом, главное преимущество питания схемы ДУ от двух источников по сравнению с питанием схемы от одного источника состоит в упрощении блока питания.
Крутизна передаточной характеристики генератора стабильного тока может регулироваться изменением сопротивления R₇и токаI₀.

Усилительные устройства на ду

Интегральную микросхему ДУ можно использовать для создания усилителей с различными характеристиками, изменяя коммутацию внешних выводов и применяя различные способы подключения источника усиливаемых сигналов и внешней нагрузки. В отдельных случаях к схеме можно подключать дополнительные навесные элементы.

Ниже рассматриваются схемы различных усилителей, основой которых является ДУ, и приводятся их качественные показатели и характеристики.

studfiles.net

43 Генераторы стабильных токов на ОУ

Генераторы стабильных токов на операционных усилителях

На операционных усилителях, охваченных глубокой отрицательной об- ратной связью можно строить генераторы стабильных токов с высокими ка- чественными показателями.

Если сопротивление нагрузки включить вместо резистора RF, как это

показано на схемах рис. 1, то ток через нее не будет зависеть от сопротивле- ния нагрузки.

Рис. 1

Для схемы рис. 1а

Iн = -I1 = -U0 ¹ f (Rн ),

R1

а для схемы рис. 1б

Iн = I1 = U0 ¹ f (Rн ). R1

Внимание следует обратить на направления токов.

Общим недостатком этих схем является необходимость изолирования нагрузки от земли, что чаще всего недопустимо.

Для преодоления этого недостатка операционный усилитель использует- ся совместно с транзистором (рис. 2).

Рис. 2 На рис. 2а нагрузка включена между коллектором транзистора и источ-

ником питания, а на рис. 2б – между коллектором транзистора и землей. Для первой схемы в силу того, что напряжение между входами операционного

усилителя в условиях глубокой обратной связи равно нулю

Iн = IR1 = U0 .

R1

Для второй схемы по той же причине

Iн = IR1 = E+ −U0 . R1

Следует обязательно следить за тем, чтобы напряжения питания опера- ционого усилителя были достоточной велики для работы его в линейном ре- жиме. В частности при U0 ≈ 0 может потребоваться источник отрицательно- го питания.

Если необходимо в схеме с заземленной нагрузкой использовать n-p-n- транзистор, то сигнал обратной связи следует брать с коллектора транзистора

(рис. 3).

Рис. 3

2

Особенностью данной схемы является подача сигнала обратной связи на неинвертирующий вход операционного усилителя, поскольку дополнитель- ная инверсия создается транзистором при передаче сигнала с базы на коллек- тор.

На практике во всех приведенных схемах необходимо следить, чтобы транзистор и операционный усилитель находились в линейном режиме рабо- ты.

studfiles.net

Генераторы стабильного микротока на кремниевых биполярных транзисторах

РАДИОЛЮБИТЕЛЮ-КОНСТРУКТОРУ

А. Аристов

ГЕНЕРАТОРЫ СТАБИЛЬНОГО МИКРОТОКА НА КРЕМНИЕВЫХ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

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.