Меню

Схемы источников тока с регулировкой тока на базе ключевых транзисторов

Источники тока на полевых и биполярных транзисторах.

Схемы генераторов тока, разновидности токовых зеркал, Онлайн калькулятор
расчёта элементов источников тока.

Спасибо Семёну Самсоновичу за вводные слова, а нам пора переместиться поближе к обозначенной в заголовке теме. Напустим энциклопедического глубокомыслия:

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.

Для разминки рассмотрим схемы простейших генераторов (источников) тока на транзисторах и операционных усилителях.


Рис.1

Размялись? Пришло время избавляться от недостатков простейших источников тока, обкашлянных нами выше.

Рис.2

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.

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.

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.

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 по традиции приведу таблицу, позволяющую не сильно утруждаться, при желании воплотить описанные узлы в реальную жизнь.

РАСЧЁТ ТОКОЗАДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ИСТОЧНИКОВ ТОКА НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ.


Рис.3
Выбор схемы источника тока &nbsp
Сопротивление резистора R1 (кОм)
Сопротивление резистора Rэ1 (кОм)
Сопротивление резистора Rэ2 (кОм)
Напряжение питания (В)
Выходной ток Iн
Задающий ток Ik1

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

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.

Источник

Источник тока с большим диапазоном на трех транзисторах

В этой статье описана схема двухпроводного регулятора тока с хорошим балансом между уровнем характеристик и количеством используемых компонентов. Собранная из трех транзисторов, трех резисторов и одного светодиода схема обеспечивает высокое качество стабилизации (лучше 1%, практически во всем диапазоне напряжений), работает при более низком напряжении (типовое значение – до 1.2 В) и имеет меньший температурный коэффициент (0.07%/K), чем другие схемы аналогичной сложности.

Схема работает в диапазоне токов от десятков миллиампер до нескольких ампер. В схеме не используется такие трудноприобретаемые микросхемы, как, например, LM10, с помощью которой можно было бы сделать схему даже с более хорошими параметрами. Однако эта микросхема выпускается единственным изготовителем и, возможно, уже снята с производства.

В качестве источника опорного напряжения порядка 1.05 В используется инфракрасный светодиод, управляемый компенсационным источником тока на транзисторе Q1. Основной регулятор тока образован транзисторами Q2 и Q3. R1 задает уровень пускового тока, R2 ограничивает величину опорного тока, а с помощью R3 устанавливается ток транзистора Q2, через который проходит 99% тока регулятора. При включении схемы весь ток резистора R1 течет в базу транзистора Q3, который, в свою очередь, открывает Q1 и Q2, вследствие чего ток Q3 возрастает еще больше. Это продолжается до тех пор, пока не начинает проводить ток диод D1, после чего падения напряжения на R3 становится достаточно для того, чтобы Q3 начал закрываться, и цепь отрицательной обратной связи замыкается. Теперь Q3 начинает управлять транзисторами Q2 и Q1, на которые поступает одинаковое смещение, но токи которых, масштабируемые эмиттерным резистором R2, различны. С этого момента ток транзисторов Q1 и Q2 стабилизируется на уровне, определяемом величиной сопротивления R3 и, в меньшей степени, R2.

В связи с тем, что Q2 рассеивает в схеме бóльшую часть мощности, для поддержания стабильного тока Q1 необходимо обеспечить его тепловой контакт с Q2. Проще всего это сделать, выбрав Q1 и Q2 одинаковыми и привернув их с противоположных сторон одного теплоотвода. В случае небольших токов можно поступить по-другому, и приклеить Q1 к Q2. Можно, также, воспользоваться сдвоенным транзистором. И, наконец, есть четвертый вариант: отказаться от выравнивания температур и добиться компенсации за счет уменьшения сопротивления резистора R1. Поскольку рассеиваемая Q2 мощность будет зависеть от его коллекторного напряжения, уменьшение тока Q1 также будет функцией напряжения, что позволит выполнять компенсацию с помощью R1. К сожалению, все четыре метода неспособны исключить тепловые переходные процессы, возникающие при резком изменении напряжения питания, особенно сильные и продолжительные при использовании последнего варианта.

Величина тока Q2 определяется разностью между напряжением VD1 на диоде D1 и напряжением база-эмиттер транзистора Q3 (VBE, типичное значение которого равно.3…0.4 В), деленной на величину сопротивления R3:

Температурные коэффициенты прямого напряжения D1 и Q3 примерно совпадают (различие составляет 0.25 мВ/K), в результате чего результирующий температурный коэффициент регулятора получается равным приблизительно 0.07%/K. Поскольку типичное сопротивление резистора не превышает нескольких ом, подстройку тока проще всего выполнять изменением R2, что приведет к изменению тока через D1, и, следовательно, напряжения на R3.

Сопротивление R1 в большинстве случаев может иметь величину в несколько мегаом, поскольку начальный ток схемы очень мал; когда D1 закрыт, обратная связь имеет чисто положительный характер. Типичное сопротивление R2 находится в диапазоне от 200 до 300 Ом, а токи через Q1 и D1 имеют порядок миллиампера, даже, если величина основного проходящего тока составляет несколько ампер, ввиду того, что коэффициенты усиления Q2 и Q3 перемножаются.

В исследуемой схеме при снижении напряжения до 1.2 В ток падал на 5%. Это минимальное значение определяется напряжением VD1 и напряжениями насыщения транзисторов Q1 и Q3. Транзисторы следует выбирать с малым напряжением насыщения, такие, например, как 2N3904 для Q3 и MJE210 для Q1 и Q2. Это минимальное напряжение зависит от температуры, уменьшаясь при ее повышении, и увеличиваясь при снижении. В качестве основного проходного транзистора выбран прибор структуры PNP, однако схему легко модифицировать таким образом, чтобы заменить все транзисторы на NPN.

Для выключения регулятора достаточно закоротить диод D1, после чего в схеме останется лишь ток, протекающий через R1.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Источник

Схемы источников тока с регулировкой тока на базе ключевых транзисторов

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.

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.

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.

Источник

Читайте также:  Bmw e39 регулировка ручного тормоза
Adblock
detector