Генератор тока схема: Источники тока на полевых и биполярных транзисторах

Содержание

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 Iн= Uвх/R1.

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

Рис.2

Схемы стабилизаторов тока, представленные на Рис.2, будут полезны в устройствах, работающих с конечными потребителями, которые чувствительны не столько к стабильности напряжения, сколько к постоянству протекающего через них тока.
За примерами далеко ходить не надо — источники питания светодиодов, газоразрядных ламп, зарядные устройства для аккумуляторов и т.д. Все они требуют наличия на выходе постоянного, либо изменяющегося по определённому алгоритму тока.
Принцип работы приведённых схем предельно прост. При увеличении тока нагрузки пропорционально увеличивается и падение напряжения на токозадающем резисторе R1. При достижении уровня падения этого напряжения ≈0,6В, начинает открываться транзистор T1, снижая величину Uбэ (или Uзи) второго транзистора T2. Он начинает закрываться, соответственно, уменьшается и количество тока, протекающего через нагрузку.

Для схемы на биполярном транзисторе номинал резистора Rб следует выбирать из соображений Rб.
Для полевика, в силу его высокого входного сопротивления, величина резистора Rз1 может выбрана достаточно высокой (десятки килоом). Единственное, за чем надо зорко послеживать — максимально допустимое значение напряжения затвор-исток транзистора. Если оно меньше Еп, следует добавить дополнительный резистор Rз2 такого номинала, чтобы образованный делитель вогнал напряжение на затворе в допустимые пределы.
Выходной ток рассчитывается по простой формуле Iн≈0,6/ R1.
В этих схемах нет температурной компенсации, изменение выходного тока составляет величину ≈ 0,3% на один °С.


Рис.3


Про схему токового зеркала, изображённую на Рис.3, смело можно сказать, что это базовая схема источника тока.
Резисторы в эмиттерных цепях транзисторов создают отрицательную обратную связь по току, что с одной стороны, приводит к улучшению термостабилизирующих свойств узла, а с другой, позволяет в широких пределах регулировать соотношения токов транзисторов Т1 и Т2.

Здесь ток   Ik1, задаваемый резистором R1:
Iк1≈(Eп-0,7)/(R1+ Rэ1),
а ток, протекающий в нагрузке:
Iн≈ Rэ1×(Eп-0,7)/(R1× Rэ2+ Rэ1× Rэ2

).


Рис.4


Для снижения зависимости выходного тока от колебаний напряжения питания широкое применение нашли источники тока (Рис.4), называемые двойным зеркалом тока.
Механизм работает следующим образом: Предположим, увеличилось напряжение питания. Тогда увеличивается и падение напряжения на резисторе R1. Это приводит к уменьшению потенциала базы транзистора VТ3, транзистор VТ3 призакроется, его ток Iэ3 уменьшится, соответственно уменьшится ток базы Iб2 и Iн тоже уменьшится и вернётся в исходное состояние.

Iк1≈(Eп-1,4)/(R1+ Rэ1),
Iн≈ Rэ1×(Eп-0,7)/(R1× Rэ2+ Rэ1× Rэ2).


Рис.5


Источник тока, представленный на Рис. 5, называется схемой токового зеркала Уилсона и обеспечивает высокую степень постоянства выходного тока за счёт подавления проявлений эффекта Эрли (эффект влияния напряжения между коллектором и базой на ток коллектора).
Транзисторы T1 и T2 в этой схеме включены так же, как в обычном токовом зеркале, но благодаря транзистору T3 потенциал коллектора токозадающего Т2 фиксирован и не влияет на выходной ток.

Все формулы аналогичны предыдущему описанию:
Iк1≈(Eп-1,4)/(R1+ Rэ1),
Iн≈ Rэ1×(Eп-0,7)/(R1× Rэ2+ Rэ1× Rэ2).


Рис.6


Каскодный генератор тока, изображённый на Рис. 6, обладает достоинствами, связанными с очень высоким внутренним сопротивлением и значительным ослаблением эффекта Эрли. Динамическое внутреннее сопротивление такого отражателя тока превышает величину в несколько МОм.

И опять — всё то же самое:
Iк1≈(Eп-1,4)/(R1+ Rэ1),
Iн≈ Rэ1×(Eп-0,7)/(R1× Rэ2+ Rэ1× Rэ2).

Легко заметить, что для всех типов приведённых токовых зеркал формула для расчёта выходного тока — одна и та же. Формула приблизительная, не учитывающая влияние на расчётные показатели незначительных величин базовых токов транзисторов, однако дающая возможность с погрешностью, не превышающей 5-7%, рассчитать величины токозадающих элементов.


При необходимости сгенерить ток обратного направления, следует перевернуть схему вверх ногами и заменить n-p-n транзисторы на полупроводники обратной проводимости.

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

РАСЧЁТ ТОКОЗАДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ИСТОЧНИКОВ ТОКА НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ.

Источники тока на полевых транзисторах, в связи со значительностью разброса параметров данного типа полупроводников, практическое применение получили в основном при производстве аналоговых интегральных микросхем. При этом при использовании МОП-структур полевых транзисторов, схемотехника токовых зеркал практически не отличается от приведённых выше источников тока на биполярных собратьях.

Рис.6

Проектировать источники тока на дискретных полевых транзисторах — занятие, на мой взгляд, довольно нецелесообразное.
Другое дело — специально разработанные полупроводники, называемые токостабилизирующими диодами (CRD), в основе которых лежит полевой транзистор с каналом n-типа.


Рис.7

Полевые диоды имеют только два вывода и оптимизированы с точки зрения вольт-амперных характеристик. При их изготовлении можно достичь нулевого температурного коэффициента, объединяя CRD с резистором, имеющим тот же самый, но противоположного знака температурный коэффициент.
Токостабилизирующие диоды не очень известны в широких массах радиолюбительского сообщества, но тем временем активно выпускаются буржуйскими промышленниками, имеют приличную номенклатуру токов и достаточно широкий диапазон рабочих напряжений.

А на следующей странице продолжим тему — посвятим её источникам тока на операционных усилителях, а также преобразователям напряжение-ток на ОУ и транзисторах.

 

2.06. Транзисторный источник тока

ГЛАВА 2. ТРАНЗИСТОРЫ

НЕКОТОРЫЕ ОСНОВНЫЕ ТРАНЗИСТОРНЫЕ СХЕМЫ



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

Рис. 2.20.

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

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

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

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

Рис. 2.21. Транзисторный источник тока: основная идея.

Какая мощность передается нагрузке? Транзисторный источник тока. Очень хороший источник тока можно построить на основе транзистора (рис. 2.21). Работает он следующим образом: напряжение на базе Uб > 0,6 В поддерживает эмиттерный переход в открытом состоянии: Uэ = Uб — 0,6 В. В связи с этим Iэ = Uэ/Rэ = (Uэ — 0,6/Rэ. Так как для больших значений коэффициента h21эIэ ≈ Iк, то Iк ≅ (Uб — 0,6 В)/Rэ независимо от напряжения Uк до тех пор, пока транзистор не перейдет в режим насыщения (Uк > Uэ + 0.2 В).

Смешение в источнике тока. Напряжение на базе можно сформировать несколькими способами. Хороший результат дает использование делителя напряжения, если он обеспечивает достаточно стабильное напряжение. Как и в предыдущих случаях, сопротивление делителя должно быть значительно меньше сопротивления схемы со стороны базы по постоянному току h21эRэ. Можно воспользоваться также зенеровским диодом и использовать для смещения источник питания Uкк, а можно взять несколько диодов, смещенных в прямом направлении и соединенных последовательно, и подключить их между базой и соответствующим источником питания эмиттера. На рис. 2.22 показаны примеры схем смещения. В последнем примере (рис. 2.22,6) транзистор p-n-p — типа питает током заземленную нагрузку (он — источник тока). Остальные примеры (в которых используются транзисторы n-р-n — типа.) правильнее было бы называть «поглотителями» тока, но принято называть все схемы такого типа источниками тока. [Название «поглотитель» и «источник» связано с направлением тока; если ток поступает в какую-либо точку схемы, то это источник, и наоборот]. В первой схеме сопротивление делителя напряжения составляет приблизительно 1,3 кОм и очень мало по сравнению с сопротивлением со стороны базы, составляющим ≅100кОм (для h21э = 100). Любое изменение коэффициента β, связанное с изменением напряжения на коллекторе, не повлияет существенным образом на выходной ток, так как соответствующее изменение напряжения на базе совсем мало. В двух других схемах резисторы в цепи смещения выбраны так, чтобы протекающий ток составлял несколько миллиампер, — этого достаточно, чтобы диоды были открыты.

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

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

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

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

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

1. При заданном токе коллектора и напряжение Uбэ, и коэффициент h21э (эффект Эрли) несколько изменяются при изменении напряжения коллектор-эмиттер. Изменение напряжения Uбэ, связанное с изменением напряжения на нагрузке, вызывает изменение выходного тока, так как напряжение на эмиттере (а следовательно, и эмиттерный ток) изменяется, даже если напряжение на базе фиксировано. Изменение значения коэффициента h21э приводит к небольшим изменениям выходного (коллекторного) тока при фиксированном токе эмиттера, так как Iк = Iэ — Iб; кроме того, немного изменяется напряжение на базе в связи с возможным изменением сопротивления источника смешения, обусловленного изменениями коэффициента h21э (а следовательно, и тока базы). Эти изменения незначительны. Например, изменение выходного тока для схемы, представленной на рис. 2.22, a, составляет приблизительно 0,5% для транзистора типа 2N3565. В частности, при изменении напряжения на нагрузке от 0 до 8 В эффект Эрли обусловливает изменение тока на 0,5%, а нагрев транзистора — на 0,2%. Изменение коэффициента вносит дополнительный вклад в изменение выходного тока — 0,05% (для жесткого делителя напряжения). Все эти изменения приводят к тому, что источник тока работает хуже, чем идеальный: выходной ток немного зависит от напряжения и, следовательно, его сопротивление не бесконечно. В дальнейшем вы узнаете, что есть методы, которые позволяют преодолеть этот недостаток.

2. Напряжение Uбэ и коэффициент h21э зависят от температуры. В связи с этим при изменении температуры окружающей среды возникает дрейф выходного тока. Кроме того, температура перехода изменяется при изменении напряжения на нагрузке (в связи с изменением мощности, рассеиваемой транзистором) и приводит к тому, что источник работает не как идеальный. Изменение напряжения и Uбэ в зависимости от температуры окружающей среды можно скомпенсировать с помощью схемы, показанной на рис. 2.23. В этой схеме падение напряжения между базой и эмиттером транзистора Т2 компенсируется падением напряжения на эмиттерном переходе Т1 который имеет такие же температурные характеристики. Резистор R3 играет роль нагрузки для Т1, необходимой для задания втекающего тока базы транзистора Т2.

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

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


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

На рис. 2.24 показана схема, которая существенно улучшает характеристики источника тока. Источник тока Т1 работает, как и прежде, но напряжение на коллекторе фиксируется с помощью эмиттера Т2. Ток, текущий в нагрузку, такой же, как и прежде, так как коллекторный (для Т2) и эмиттерный токи приблизительно равны между собой (из-за большого значения h21э). В этой схеме напряжение Uкэ (дая Т1) не зависит от напряжения на нагрузке, а это значит, что устранены изменения напряжения Uбэ, обусловленные эффектом Эрли и температурой. Для транзисторов типа 2N3565 эта схема дает изменение тока на 0,1% при изменении напряжения на нагрузке от 0 до 8 В; для того чтобы схема обеспечивала указанную точность, следует использовать стабильные резисторы с допуском 1%. (Кстати, эту схему используют в высокочастотных усилителях, где она известна под названием «каскод»). В дальнейшем вы познакомитесь со схемами источников тока, в которых используются операционные усилители и обратная связь, и в которых также решена задача устранения влияния изменений Uбэ на выходной ток.

Влияние коэффициента h21э можно ослабить, если выбрать транзистор с большим значением h21э, тогда ток базы будет вносить незначительный вклад в ток эмиттера.

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

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

Uвых = Uбэ/R2U2.

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


Модель Эберса-Молла для основных транзисторных схем


Источник стабильного тока от 5 мкА до 20 мА / Хабр

Источник стабильного тока понадобился автору для отладки схем на биполярных транзисторах, которые, как известно, управляются током. Важное требование к нему — изоляция общего провода прибора от общего провода отлаживаемого устройства, поэтому источник питания пришлось взять автономный. Встроенный четырёхразрядный микроамперметр с автоматическим переключением пределов позволяет немного уменьшить количество аппаратуры, одновременно размещаемой на столе экспериментатора.

Идея схемы взята отсюда. Собственно источник стабильного тока устроен так:

Сопротивление резистора R1 некритично, нужно только, чтобы ток базы транзистора Т1 полностью открывал его. Коэффициент передачи тока транзистора BC559C — около 500, верхний предел регулировки тока у источника — 20 мА, значит, 200 мкА через базу — более чем достаточно. Резистор в 10 кОм обеспечит около 1 мА при 10 В, в принципе, можно увеличить его даже до 50 кОм.

Транзисторы Т1 и Т2 должны быть одинаковыми, но при больших токах параметры Т1 всё равно будут немного «уплывать» из-за небольшого нагрева.

Ток, подаваемый устройством во внешнюю цепь, определяется суммарным сопротивлением резисторов R3 — R5. Их функции: R3 — ограничение тока в случае, если оба переменных резистора вывернуты «в нуль», R4 — точная регулировка тока, R5 — грубая. Ток рассчитывается по формуле I=0.7/(R3+R4+R5), поэтому, например, если резистор R3 взять сопротивлением в 27 Ом, верхний предел регулировки тока составит 0.7/27=25,9мА. На практике получилось 21,6 мА, поскольку падение напряжения на транзисторе Т2 оказалось меньше — около 0,6 В.

Полная схема устройства:

«Крона» питает источник стабильного тока, два элемента ААА — четырёхразрядный микроамперметр. Поэтому выключатель питания взят с двумя нормально разомкнутыми группами контактов. Переключатель S1 позволяет отключить верхнюю клемму и замкнуть источник тока накоротко, чтобы настроить его заранее, до подключения к отлаживаемой схеме.

Параметры на практике получились следующими: максимальный ток — 21,6 мА, максимальный ток при «грубом» регуляторе, вывернутом «в нуль» — 0,3 мА, минимальный — 4,7 мкА. Правда, встроенный микроамперметр меньше 10 мкА не показывает, поэтому внешний иногда может и потребоваться. Выставленный ток остаётся практически неизменным при изменении напряжения на внешней цепи от 0 до 8 В.

Микроамперметр сделан из мультиметра с автоматическим переключением пределов JT-033A фирмы SHENZHEN JINGTENGWEI INDUSTRY CO.,LTD: переключатель режимов удалён, вместо него впаяны перемычки, заставляющие его всегда работать в режиме измерения тока.

Расположение компонентов в корпусе следующее:

Jim сделал симуляцию схемы в Falstad, автор её немного переработал для отображения большего количества параметров, получилось:

$ 1 0.000005 7.619785657297057 65 5 50
t 224 240 176 240 0 -1 0.6771607865907852 -0.5873050244463638 500
t 256 272 304 272 0 -1 1.8738439949380101 -0.6771607865907852 500
r 176 304 176 400 0 10000
v 80 288 80 192 0 0 40 9 0 0 0.5
w 176 304 176 272 3
w 176 272 176 256 0
w 176 224 176 32 1
w 176 32 80 32 0
w 80 32 80 192 0
w 80 288 80 400 0
w 80 400 176 400 3
w 176 400 304 400 0
w 304 336 304 288 3
w 304 240 224 240 1
174 304 128 352 48 0 5000 0.9950000000000001 Resistance
w 176 32 304 32 2
w 304 256 304 240 0
w 304 240 304 208 2
w 304 128 336 128 0
w 352 80 352 128 0
w 352 128 336 128 0
w 256 272 176 272 1
w 304 128 304 208 1
r 304 336 304 400 0 250

Результат симуляции:

А вот результат симуляции при сопротивлении резистора R1 в 100 кОм:

Схема генератора тока нагрузки



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.

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 Iн= Uвх/R1.

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

Рис.2

Схемы стабилизаторов тока, представленные на Рис.2, будут полезны в устройствах, работающих с конечными потребителями, которые чувствительны не столько к стабильности напряжения, сколько к постоянству протекающего через них тока.
За примерами далеко ходить не надо — источники питания светодиодов, газоразрядных ламп, зарядные устройства для аккумуляторов и т.д. Все они требуют наличия на выходе постоянного, либо изменяющегося по определённому алгоритму тока.
Принцип работы приведённых схем предельно прост. При увеличении тока нагрузки пропорционально увеличивается и падение напряжения на токозадающем резисторе R1. При достижении уровня падения этого напряжения ≈0,6В, начинает открываться транзистор T1, снижая величину Uбэ (или Uзи) второго транзистора T2. Он начинает закрываться, соответственно, уменьшается и количество тока, протекающего через нагрузку.
Для схемы на биполярном транзисторе номинал резистора Rб следует выбирать из соображений Rб .
Для полевика, в силу его высокого входного сопротивления, величина резистора Rз1 может выбрана достаточно высокой (десятки килоом). Единственное, за чем надо зорко послеживать — максимально допустимое значение напряжения затвор-исток транзистора. Если оно меньше Еп, следует добавить дополнительный резистор Rз2 такого номинала, чтобы образованный делитель вогнал напряжение на затворе в допустимые пределы.
Выходной ток рассчитывается по простой формуле Iн≈0,6/ R1 .
В этих схемах нет температурной компенсации, изменение выходного тока составляет величину ≈ 0,3% на один °С.

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.

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.

Источник

Схема генератора тока нагрузки

Для проверки работоспособности и настройки источников питания удобно использовать имитатор нагрузки в виде регулируемого генератора тока.

С помощью такого устройства можно не только быстро настроить блок питания, стабилизатор напряжения, но и, например, использовать его как генератор стабильного тока для зарядки, разрядки аккумуляторных батарей, устройств электролиза, для электрохимического травления печатных плат, как стабилизатор тока питания электроламп, для «мягкого» пуска коллекторных электродвигателей.

Принципиальная схема такого устройства показана на рис. 1. Устройство является двухполюсником, не требует дополнительного источника питания и может включаться в разрыв цепи питания различных устройств и исполнительных механизмов. Диапазон регулировки тока от 0…0,16 до 3 А, максимальная потребляемая (рассеиваемая) мощность 40 Вт, диапазон питающих напряжений 3…30 В постоянного тока.. Конструкция представляет собой управляемый источник стабильного тока, собранный на мощных биполярных транзисторах VT1-VT3. Работает устройство следующим образом. На вход от источника питания в соответствии с полярностью подаётся напряжение питания.

При увеличении тока через резисторы R2, R3, R7, R8, R11, R12, R13, включенные последовательно с переходами эмиттер–коллектор параллельно включенных составных транзисторов VT2, VT3, вызванного, например, увеличением напряжения

питания или уменьшением сопротивления включенной последовательно с устройством нагрузки, также увеличивается падение напряжения на этих резисторах. Это приводит к тому, что когда напряжение база–эмиттер VT1 превысит 0,6 В, этот транзистор открывается, тем самым, шунтируя переходы база–эмиттер VT2, VT3. Ток базы составных транзисторов VT2, VT3 уменьшается, что влечёт за собой уменьшение тока через R2,R3, R7, R8, R11, R12, R13 и, следовательно, к снижению потребляемого устройством тока. Ток потребления регулируется переменным резистором R6. Чем левее по схеме движок резистора R6, тем больший ток потребляет устройство.

При разомкнутых контактах переключателя SA1 резистором R6 можно установить ток потребления от 0,16 до 0,8 А. При замкнутых контактах этого переключателя ток регулируется в интервале 0,7… 3 А. Конденсатор C1 устраняет возможное самовозбуждение устройства на высоких частотах. Резисторы R9, R10, R12, R13 необходимы для выравнивания токов через транзисторы VT2, VT3, что обеспечивает примерно одинаковую рассеиваемую ими мощность. Резисторы R1, R14 ограничивают протекающий через светящиеся светодиоды ток.

При изменении напряжения питания от 10 до 25 В, потребляемый устройством ток увеличивается на 12 %. При входном напряжении 3 В устройство может генерировать максимальный ток 0,75 А, при входном напряжении 5 В максимальный ток может достигать 1,8 А. Ток 3 А достижим при входном напряжении более 9 В. Для получения возможности иметь больший ток при меньшем входном напряжении нужно установить резисторы R2, R3 меньшего сопротивления.

При разомкнутых контактах переключателя SA1 светодиод HL1 начинает ярко светиться при токе через устройство более 0,5 А, при замкнутых контактах SA1 этот светодиод начинает светиться при токе 1,2 А. Светодиод HL2 начинает ярко светиться при токе более 2,5 А. Плавкий предохранитель перегрузке и переполюсовке напряжения питания.

Маломощные резисторы топов МЛТ, С1-4, С2-23 или импортные аналоги. Мощные низкоомные резисторы С5-16МВ, С5-37 или другие, могут быть проволочные или непроволочные. Переменный резистор СП4-1, СП1, СП3-30а, или СП3-12, СП3-30 с встроенным выключателем, который можно включить последовательно с плавким предохранителем FU1.

Обе группы контактов выключателя соединяют параллельно. Конденсатор C1 может быть любого типа керамический или плёночный на рабочее напряжение не ниже 30 В и ёмкость 0,047…0,47мкФ, например, К10-50, К73-9. Светодиоды АЛ307КМ красного цвета свечения могут быть заменёны любыми аналогичными, которые начинают достаточно ярко светиться при напряжении на их выводах 1,5…1,6 В, например, АЛ307ЛМ, КИПД66Т-К. Импортный составной транзистор типа 2SC3987 опрессован пластмассой и не требует применения изолирующей прокладки при установке на теплоотвод.

Транзистор этого типа допускает постоянный прямой ток коллектор–эмиттер до 3 А и может рассеивать мощность до 20 Вт. Имеет два встроенных резистора, защитный диод и защитный стабилитрон. Два таких транзистора можно заменить аналогичными отечественными составными транзисторами из серии КТ829. Цоколёвка обоих типов транзисторов одинаковая. Хотя транзисторы серии КТ829 более мощные, чем 2SC3987, этот факт во внимание можно не брать, поскольку при больших токах или большой рассеиваемой мощности транзисторы КТ829 ненадёжны. Оба транзистора устанавливают на общий дюралюминиевый теплоотвод с площадью охлаждающей поверхности не менее 500 см.кв. (одна сторона), который может быть частью корпуса устройства.

Если требуется увеличить максимальный рабочий ток и рассеиваемую устройством мощность, то правильным решением будет использование одного – двухмощных составных транзисторов из серий КТ827, 2Т827. При установке одного такого транзистора вместо пары 2SC3987 максимальный постоянный ток может достигать 20А, а рассеиваемая мощность до 125 Вт при температуре корпуса транзистора 25 °С («бесконечный теплоотвод»).

При изготовлении устройства на больший ток и потребляемую мощность потребуется более эффективный теплоотвод и замена резисторов R2, R3,R7, R8, R11, R12, R13, более мощными и на меньшее сопротивление. Упомянутые для замены составные транзисторы также содержат в своём составе по встроенному защитному диоду, подключенному к выводам коллектора и эмиттера. Транзистор КТ817Г можно заменить любым из серий КТ817,КТ815, КТ961, BD137-16, 2SD822P, 2SD822Q, 2SD2166. Коэффициент передачи тока базы этого транзистора должен быть не менее 100 при токе коллектора 100 мА. Этот транзистор устанавливают на дюралюминиевый теплоотвод с площадью охлаждающей поверхности 4 см.кв.

При настройке и эксплуатации устройства следует учитывать, что мощные резисторы могут сильно нагреваться, во избежание ожога не следует к ним прикасаться во время работы устройства. При желании дополнить устройство индикатором тока, можно параллельно резистору R11 через токоограничительный резистор подключить стрелочный микроамперметр, например, М4761 от индикатора уровня записи/воспроизведения старого кассетного или катушечного магнитофона.

Источник: Журнал радиоконструктор 2013 №6

Источник

Бурыкин Валерий

Жизнь в динамике

Генератор тока (источник тока). Различия и сходства стабилизаторов тока и напряжения.

Стабилизатор напряжения.


Рис. 1 Схема идеального источника напряжения.


Рис. 2 Функциональная схема реального источника напряжения.

Генератор тока.


Рис. 3 Функциональная схема идеального источника тока.


Рис. 4 Практические схемы простых генераторов тока на биполярных транзисторах.

Что нужно для расчёта источника тока.

Пример расчета простого генератора тока на биполярном транзисторе

Пример расчета:


Рис. 7 Генератор тока с внутренним источником напряжения.


Рис. 8 Генератор тока с дифференциальным усилителем.


Рис. 9 Регулируемый генератор тока.


Рис. 10 Функциональная схема стабилизатора напряжения.


Рис. 11 Простой источник опорного напряжения.


Рис. 12 Схема ИОН с повышенной стабильностью Uоп.


Рис. 13 Один из вариантов подключения датчиков к генератору тока.

10 response to

«Генератор тока (источник тока). Различия и сходства стабилизаторов тока и напряжения.»

By: Александр Posted: 03.05.2020

Здравствуйте. Скажите,как посчитали: При Rбал. = 2 кОм и дельта Uпит. = 18 В, дельта Uоп. составит 0,53 В.

Динамическое сопротивление стабилитрона:
rст = 60 Ом (См. таблицу выше)

dI = dU/2кОм = 9мА
dUоп. = dI * rст. = 0.009 * 60 = 0.54 В
Простите на 0,01V ошибся. Но я считал навскидку.

By: АЛЕКС Posted: 16.01.2020

А во! — Вразумте дядько разницу между генератором тока и напряжения или как там ЭДС, а также, что подразумить глядя на батарейку — это источник тока и источник ЭДС, а где там вооще то есть напряжение и что мы в первую очередь можем определить и измерить.
Может это курица и яйцо ;))

То есть дядько Вам сейчас в своём ответе должен пересказать всю статью?
Там есть объяснение в чём разница.
А к чему Вы приплели здесь ЭДС. Это вообще овощ с другого огорода и к созданию электронных схем никакого отношения не имеет.
Если Вам это точно интересно то вот Вам ссылка: https://samelectrik.ru/chto-takoe-eds-obyasnenie-prostymi-slovami.html

By: triak Posted: 01.08.2020

нас в институте учили так — если внутреннее сопротивление источника близко к нулю, — это источник напряжения.
Если внутреннее сопротивление источника близко к бесконечности, — это источник тока.
Любая реальная батарейка, аккум или выход выпрямителя — где-то между.
Пока при снижении сопротивления нагрузки (т.е. увеличении нагрузки) напряжение на ней не падает (а только растёт ток через неё) — это она питается от хорошего источника напряжения.
Если при изменении величины нагрузки остаётся стабильным ток через неё (по при этом меняется напряжение, и ИСТОЧНИК НЕ ПЕРЕГРЕВАЕТСЯ и не сгорает) — она питается от хорошего источника тока

Ну так в статье как раз об этом и рассказано. Только вот в статье дано математическое обоснование всему этому и примеры расчетов.
Что касается батарейки, аккумуляторов, солнечных элементов, различных электрогенераторов без схем управления и т.д. и т.п., то они действительно находятся между генератором напряжения и генератором тока. Называются такие источники источниками ЭДС.

By: Алекс Posted: 15.01.2020

Упс:)
— Из тогот, что Uстаб=Uбэ+Uэ и постоянном напряжением Uiсточ. МОЖНО сделать вывод:, — что повышая Rнагр ток проходящий через Rэ будет падать и ни о какой стабилизации тока нет и речи касательно самых первых примитивных схем. Источнику негде взять повышение напряжения соразмерно повышения Rнагр.

УПС:)
А Вы статью вообще читали в каком состоянии?
Ведь в ней об этом говорится и в расчётах это учитывается.
Да, есть граничные условия для напряжения питания и максимальной величины Rнагр.
При определённом Uпит. есть некоторый диапазон 0

By: Юрий Posted: 28.04.2019

Идеального генератор тока и напряжения в природе не существует.Все зависит он нагрузки, когда мы можем говорить об одном или о другом.Точнее об соотношении нагрузки и внутреннего сопротивления источника.То,что вы приводите в конце статьи- это перевод .Возможно даже машинный.Что же к этому придираться?

Я придираюсь к тем кто публикует такие переводы.
Или их также публикуют машины?

Но на самом деле если Вы наберёте в поиске запрос «генератор тока»
То таких, как Вы говорите «переводов» найдёте море, да практически
все результаты поиска будут из них состоять.

Источник

Схемы генераторов постоянного тока и их характеристики

Свойства генератора постоянного тока определяются в основном способом включения обмотки возбуждения. Существуют генераторы независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения:

с независимым возбуждением : обмотка возбуждения получает питание от постороннего источника постоянного тока (аккумуляторной батареи, небольшого вспомогательного генератора, называемого возбудителем, или выпрямителя),

с параллельным возбуждением : обмотка возбуждения подключена параллельно обмотке якоря и нагрузке,

с последовательным возбуждением : обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря и нагрузкой,

со смешанным возбуждением : имеются две обмотки возбуждения — параллельная и последовательная, первая подключена параллельно обмотке якоря, а вторая — последовательно с нею и нагрузкой.

Генераторы с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением относятся к машинам с самовозбуждением, так как питание их обмоток возбуждения осуществляется от самого генератора.

Возбуждение генераторов постоянного тока: а — независимое, б — параллельное, в — последовательное, г — смешанное.

Все перечисленные генераторы имеют одинаковое устройство и отличаются лишь выполнением обмоток возбуждения. Обмотки независимого и параллельного возбуждения изготовляют из провода малого сечения, они имеют большое число витков, обмотку последовательного возбуждения — из провода большого сечения, она имеет малое число витков.

О свойствах генераторов постоянного тока судят по их характеристикам: холостого хода, внешней и регулировочной. Ниже будут рассмотрены эти характеристики для генераторов различного типа.

Генератор с независимым возбуждением

Характерной особенностью генератора с независимым возбуждением (рис. 1) является то, что его ток возбуждения Iв не зависит от тока якоря Iя, а определяется только напряжением Uв подаваемым на обмотку возбуждения, и сопротивлением Rв цепи возбуждения.

Рис. 1. Принципиальная схема генератора с независимым возбуждением

Обычно ток возбуждения невелик и составляет 2—5 % номинального тока якоря. Для регулирования напряжения генератора в цепь обмотки возбуждения часто включают регулировочный реостат Rрв. На тепловозах ток Iв регулируют путем изменения напряжения Uв.

Характеристика холостого хода генератора (рис. 2, а) — зависимость напряжения Uo при холостом ходе от тока возбуждения Iв при отсутствии нагрузки Rн, т. е. при Iн = Iя = 0 и при постоянной частоте вращения п. При холостом ходе, когда цепь нагрузки разомкнута, напряжение генератора Uo равно его э. д. с. Eo = cЕФn.

Так как при снятии характеристики холостого хода частота вращения n поддерживается неизменной, то напряжение Uo зависит только от магнитного потока Ф. Поэтому характеристика холостого хода будет подобна зависимости потока Ф от тока возбуждения Iя (магнитной характеристике магнитной цепи генератора).

Характеристику холостого хода легко снять экспериментально, постепенно увеличивая ток возбуждения от нуля до значения, при котором U0 = 1,25Uном, а затем уменьшая ток возбуждения до нуля. При этом получаются восходящая 1 и нисходящая 2 ветви характеристики. Расхождение этих ветвей объясняется наличием гистерезиса в магнитопроводе машины. При Iв = 0 в обмотке якоря потоком остаточного магнетизма индуцируется остаточная э. д. с. Еост, которая обычно составляет 2—4 % номинального напряжения Uном.

При малых токах возбуждения магнитный поток машины невелик, поэтому в этой области поток и напряжение Uo изменяются прямо пропорционально току возбуждения и начальная часть этой характеристики представляет собой прямую. При увеличении тока возбуждения магнитная цепь генератора насыщается и нарастание напряжения Uo замедляется. Чем больше становится ток возбуждения, тем сильнее сказывается насыщение магнитной цепи машины и тем медленнее возрастает напряжение U0. При очень больших токах возбуждения напряжение Uo практически перестает возрастать.

Характеристика холостого хода позволяет судить о значении возможного напряжения и о магнитных свойствах машины. Номинальное напряжение (указанное в паспорте) для машин общего применения соответствует насыщенной части характеристики («колену» этой кривой). В тепловозных генераторах, требующих регулирования напряжения в широких пределах, используют как криволинейную, так и прямолинейную ненасыщенную часть характеристики.

Э. д. с. машины изменяется пропорционально частоте вращения n , поэтому при n2

Внешняя характеристика генератора (рис. 2, б) представляет собой зависимость напряжения U от тока нагрузки Iп = Iя при постоянных частоте вращения n и токе возбуждения Iв. Напряжение генератора U всегда меньше его э. д. с. Е на значение падения напряжения во всех обмотках, включенных последовательно в цепь якоря.

С увеличением нагрузки генератора (тока обмотки якоря IЯ — IН) напряжение генератора уменьшается по двум причинам:

1) из-за увеличения падения напряжения в цепи обмотки якоря,

2) из-за уменьшения э. д. с. в результате размагничивающего действия потока якоря. Магнитный поток якоря несколько ослабляет главный магнитный поток Ф генератора, что приводит к некоторому уменьшению его э. д. с. Е при нагрузке по сравнению с э. д. с. Ео при холостом ходе.

Изменение напряжения при переходе от режима холостого хода к номинальной нагрузке в рассматриваемом генераторе составляет 3 — 8℅ от номинального.

Если замкнуть внешнюю цепь на очень малое сопротивление, т. е. произвести короткое замыкание генератора, то напряжение его падает до нуля. Ток в обмотке якоря Iк при коротком замыкании достигнет недопустимого значения, при котором может перегореть обмотка якоря. В машинах малой мощности ток короткого замыкания может в 10—15 раз превысить номинальный ток, в машинах большой мощности это соотношение может достигать 20—25.

Рис. 2. Характеристики генератора с независимым возбуждением: а — холостого хода, б — внешняя, в — регулировочная

Регулировочная характеристика генератора (рис. 2, в) представляет собой зависимость тока возбуждения Iв от тока нагрузки Iн при неизменном напряжении U и частоте вращения п. Она показывает, как надо регулировать ток возбуждения, чтобы поддерживать постоянным напряжение генератора при изменении нагрузки. Очевидно, что в этом случае по мере роста нагрузки нужно увеличивать ток возбуждения.

Достоинствами генератора с независимым возбуждением являются возможность регулирования напряжения в широких пределах от 0 до Umax путем изменения тока возбуждения и малое изменение напряжения генератора под нагрузкой. Однако он требует наличия внешнего источника постоянного тока для питания обмотки возбуждения.

Генератор с параллельным возбуждением.

В этом генераторе (рис. 3, а) ток обмотки якоря Iя разветвляется во внешнюю цепь нагрузки RH (ток Iн) и в обмотку возбуждения (ток Iв), ток Iв для машин средней и большой мощности составляет 2—5 % номинального значения тока в обмотке якоря. В машине используется принцип самовозбуждения, при котором обмотка возбуждения получает питание непосредственно от обмотки якоря генератора. Однако самовозбуждение генератора возможно только при выполнении ряда условий.

1. Для начала процесса самовозбуждения генератора необходимо наличие в магнитной цепи машины потока остаточного магнетизма, который индуцирует в обмотке якоря э. д. с. Еост. Эта э. д. с. обеспечивает протекание по цепи «обмотка якоря — обмотка возбуждения» некоторого начального тока.

2. Магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, должен быть направлен согласно с магнитным потоком остаточного магнетизма. В этом случае в процессе самовозбуждения будет нарастать ток возбуждения Iв и, следовательно, магнитный поток Ф машины э. д. с. Е. Это будет продолжаться до тех пор, пока из-за насыщения магнитной цепи машины не прекратится дальнейшее увеличение Ф, а следовательно, Е и Iв. Совпадение по направлению указанных потоков обеспечивается путем правильного присоединения обмотки возбуждения к обмотке якоря. При неправильном ее подключении происходит размагничивание машины (исчезает остаточный магнетизм) и э. д. с. Е уменьшается до нуля.

3. Сопротивление цепи возбуждения RB должно быть меньше некоторого предельного значения, называемого критическим сопротивлением. Поэтому для быстрейшего возбуждения генератора рекомендуется при включении генератора в работу полностью выводить регулировочный реостат Rрв, включенный последовательно с обмоткой возбуждения (см. рис. 3, а). Это условие ограничивает также возможный диапазон регулирования тока возбуждения, а следовательно, и напряжения генератора с параллельным возбуждением. Обычно уменьшать напряжение генератора путем увеличения сопротивления цепи обмотки возбуждения можно лишь до (0,64-0,7) Uном.

Рис. 3. Принципиальная схема генератора с параллельным возбуждением (а) и внешние характеристики генераторов с независимым и параллельным возбуждением (б)

Следует отметить, что для самовозбуждения генератора необходимо, чтобы процесс увеличения его э. д. с. E и тока возбуждения Iв происходил при работе машины в режиме холостого хода. В противном случае из-за малого значения Eoст и большого внутреннего падения напряжения в цепи обмотки якоря напряжение, подаваемое на обмотку возбуждения, может уменьшиться почти до нуля и ток возбуждения не сможет увеличиться. Поэтому нагрузку к генератору следует подключать только после установления на его зажимах напряжения, близкого к номинальному.

При изменении направления вращения якоря изменяется полярность щеток, а следовательно, и направление тока в обмотке возбуждения, в этом случае генератор размагничивается.

Во избежание этого при изменении направления вращения необходимо переключить провода, присоединяющие обмотку возбуждения к обмотке якоря.

Внешняя характеристика генератора (кривая 1 на рис. 3, б) представляет собой зависимость напряжения U от тока нагрузки Iн при неизменных значениях частоты вращения n и сопротивления цепи возбуждения RB. Она располагается ниже внешней характеристики генератора с независимым возбуждением (кривая 2).

Объясняется это тем, что кроме тех же двух причин, вызывающих уменьшение напряжения с ростом нагрузки в генераторе с независимым возбуждением (падение напряжения в цепи якоря и размагничивающее действие реакции якоря), в рассматриваемом генераторе существует еще третья причина — уменьшение тока возбуждения.

Так как ток возбуждения IB = U/Rв, т. е. зависит от напряжения U машины, то с уменьшением напряжения по указанным двум причинам уменьшается магнитный поток Ф и э. д. с. генератора Е, что приводит к дополнительному уменьшению напряжения. Максимальный ток Iкр, соответствующий точке а, называется критическим.

При коротком замыкании обмотки якоря ток Iк генератора с параллельным возбуждением мал (точка б), так как в этом режиме напряжение и ток возбуждения равны нулю. Поэтому ток короткого замыкания создается только э. д. с. от остаточного магнетизма и составляет (0,4…0,8) Iном.. Внешняя характеристика точкой а делится на две части: верхнюю — рабочую и нижнюю — нерабочую.

Обычно используется не вся рабочая часть, а только некоторый ее отрезок. Работа на участке аб внешней характеристики неустойчива, в этом случае машина переходит в режим, соответствующий точке б, т. е. в режим короткого замыкания.

Характеристику холостого хода генератора с параллельным возбуждением снимают при независимом возбуждении (когда ток в якоре Iя = 0), поэтому она ничем не отличается от соответствующей характеристики для генератора с независимым возбуждением (см. рис. 2, а). Регулировочная характеристика генератора с параллельным возбуждением имеет такой же вид, как и характеристика для генератора с независимым возбуждением (см. рис. 2, в).

Генераторы с параллельным возбуждением применяют для питания электрических потребителей в пассажирских вагонах, автомобилях и самолетах, в качестве генераторов управления на электровозах, тепловозах и моторных вагонах и для заряда аккумуляторных батарей.

Генератор с последовательным возбуждением

У этого генератора (рис. 4, а) ток возбуждения Iв равен току нагрузки Iн = Iя и напряжение сильно изменяется при изменении тока нагрузки. При холостом ходе в генераторе индуцируется небольшая э. д. с. Еост, создаваемая потоком остаточного магнетизма (рис. 4, б).

С увеличением тока нагрузки Iи = Iв = Iя возрастают магнитный поток, э. д. с. и напряжение генератора, это возрастание, как и у других самовозбуждающихся машин (генератора с параллельным возбуждением), продолжается до известного предела, обусловленного магнитным насыщением машины.

При увеличении тока нагрузки свыше Iкр напряжение генератора начинает уменьшаться, так как магнитный поток возбуждения из-за насыщения почти перестает увеличиваться, а размагничивающее действие реакции якоря и падение напряжения в цепи обмотки якоря IяΣRя продолжают возрастать. Обычно ток Iкр значительно больше номинального тока. Генератор может работать устойчиво только на части аб внешней характеристики, т. е. при токах нагрузки, больших номинального.

Так как в генераторах с последовательным возбуждением напряжение сильно изменяется при изменении нагрузки, а при холостом ходе близко в нулю, они непригодны для питания большинства электрических потребителей. Используют их лишь при электрическом (реостатном) торможении двигателей с последовательным возбуждением, которые при этом переводятся в генераторный режим.

Рис. 4. Принципиальная схема генератора с последовательным возбуждением (а) и его внешняя характеристика (б)

Генератор со смешанным возбуждением.

В этом генераторе (рис. 5, а) чаще всего параллельная обмотка возбуждения является основной, а последовательная — вспомогательной. Обе обмотки находятся на одних полюсах и соединены так, чтобы создаваемые ими магнитные потоки складывались (при согласном включении) или вычитались (при встречном включении).

Генератор со смешанным возбуждением при согласном включении его обмоток возбуждения позволяет получить приблизительно постоянное напряжение при изменении нагрузки. Внешняя характеристика генератора (рис. 5, б) может быть в первом приближении представлена в виде суммы характеристик, создаваемых каждой обмоткой возбуждения.

Рис. 5. Принципиальная схема генератора со смешанным возбуждением (а) и его внешние характеристики (б)

При включении только одной параллельной обмотки, по которой проходит ток возбуждения Iв1, напряжение генератора U постепенно уменьшается с ростом тока нагрузки Iн (кривая 1). При включении одной последовательной обмотки, по которой проходит ток возбуждения Iв2 = Iн напряжение U возрастает с увеличением тока Iн (кривая 2).

Если подобрать число витков последовательной обмотки так, чтобы при номинальной нагрузке создаваемое ею напряжение ΔUПОСЛ компенсировало суммарное падение напряжения ΔU при работе машины с одной только параллельной обмоткой, то можно добиться, чтобы напряжение U при изменении тока нагрузки от нуля до номинального значения оставалось почти неизменным (кривая 3). Практически оно изменяется в пределах 2—3 %.

Увеличивая число витков последовательной обмотки, можно получить характеристику, при которой напряжение UHOM будет больше напряжения Uо при холостом ходе (кривая 4), такая характеристика обеспечивает компенсацию падения напряжения не только во внутреннем сопротивлении цепи якоря генератора, но и в линии, соединяющей его с нагрузкой. Если последовательную обмотку включить так, чтобы создаваемый ею магнитный поток был направлен против потока параллельной обмотки (встречное включение), то внешняя характеристика генератора при большом числе витков последовательной обмотки будет круто падающей (кривая 5).

Встречное включение последовательной и параллельной обмоток возбуждения применяют в сварочных генераторах, работающих в условиях частых коротких замыканий. В таких генераторах при коротком замыкании последовательная обмотка почти полностью размагничивает машину и уменьшает ток к. з. до значения, безопасного для генератора.

Генераторы со встречно включенными обмотками возбуждения используют на некоторых тепловозах в качестве возбудителей тяговых генераторов, они обеспечивают постоянство мощности, отдаваемой генератором.

Такие возбудители применяют также на электровозах постоянного тока. Они питают обмотки возбуждения тяговых двигателей, которые при рекуперативном торможении работают в генераторном режиме, и обеспечивают получение круто падающих внешних характеристик.

Генератор смешанного возбуждения является типичным примером регулирования по возмущающему воздействию.

Генераторы постоянного тока часто включаются параллельно для работы на общую сеть. Необходимым условием параллельной работы генераторов с распределением нагрузки пропорционально номинальной мощности является идентичность их внешних характеристик. В случае применения генераторов смешанного возбуждения их последовательные обмотки для выравнивании токов приходится соединять в общий блок посредством уравнительного провода.

Источник

Генератор тока на полевом транзисторе.

6 952

Генератор тока на полевом транзисторе.

     Простой генератор тока на полевом транзисторе. Применение генератора тока на полевом транзисторе на практике. Дополнительный материал к статье «Генератор тока (источник тока). Различия и сходства стабилизаторов тока и напряжения»

     ***

     Часто на мою предыдущую статью о генераторах тока посетители приходят по запросу «генератор тока на полевом транзисторе». Так как там ничего об этом не говорится я решил восполнить этот пробел данной статьёй.

     Здесь расскажу об одной, но очень привлекательной схеме генератора тока на полевом транзисторе КП303. Но сначала рассмотрим, что из себя представляет этот транзистор.

     Полевые транзисторы серии КП303(А-И) это кремниевые эпитаксиально-планарные полевые транзисторы с затвором на основе p-n перехода и каналом n-типа. Или их ещё называют полевыми транзисторами со встроенным n-каналом.

     Буква n означает что управление током через канал, то есть током протекающем от стока к истоку, осуществляется подачей отрицательного напряжения на затвор относительно истока, Рис. 1(а).


Рис. 1

     В этом смысле принцип работы эпитаксиально-планарных полевых транзисторов, т.е. полевых транзисторов со встроенным каналом аналогично работе электронной (радио) лампе, Рис. 1(б)

     Приблизительная зависимость тока стока () от Uзи для транзистора КП303И показана на графике, Рис. 2.


Рис. 2

     Для простоты ток Iси буду обозначать как ток стока , так как это одно и тоже.

     Из графика видно, что при Uзи = 0, Iс = max.

     Минимума ток стока достигает при Uзи равном приблизительно минус 1,4В. На самом деле из-за большого разброса характеристик график лишь приблизительно отображает зависимость Ic от Uзи.

     Подавать положительный потенциал на затвор бессмысленно так как при Uзи = 0 транзистор, итак, открыт полностью.

     Вообще эквивалентную схему транзистора КП303 можно представить так как это показано на Рис. 3. Сопротивление переменного резистора R1 — десятки МОм, резистора R2 около 1кОм,.


Рис. 3

     Тогда, когда напряжение Uзи = 0 ползунок резистора R1 находится в нижнем положении, ток Iс будет определяться по формуле:

     Ic = Uси / R2.

     То есть ток будет максимальным, но не бесконечным.

     Тогда, когда отрицательное напряжение на затворе достигнет некоторого максимума, ползунок резистора R1 окажется в верхнем положении и ток стока будет определяться по формуле:

     Ic = Uси / (R1 + R2).

     То есть ток будет минимальным, но не нулевым.

     Такая зависимость тока стока от напряжения на затворе позволяет сделать очень простой генератор тока на полевом транзисторе КП303. Соберём такую схему, Рис. 4.


Рис. 4

     Подключим к клеммам 1-2 регулируемый источник напряжения. Начнём увеличивать напряжение от нуля. Изначально ток стока и ток через резистор равны нулю. Падение напряжения на резисторе также равно нулю, Uзи = 0. Транзистор полностью открыт.

     Повышение напряжения на клеммах приведёт к протеканию тока через транзистор и резистор. Появится некоторое падение напряжения на резисторе, при этом минус этого напряжения приложен к затвору, а плюс к истоку. Чем больше будет величина тока протекающего через резистор, тем больший запирающий потенциал будет на затворе.

     В конце концов схема войдёт в режим стабилизации тока так как попытка увеличения тока приводит к увеличению запирающего потенциала на затворе, а следовательно, к уменьшению тока. А попытка уменьшения тока к уменьшению запирающего потенциала на затворе, а следовательно, к увеличению тока. Изменяя величину резистора, можно изменять величину стабилизируемого тока.

     Схема собранная на транзисторе КП303И имеет максимальное рабочее напряжение 30В. Ток стабилизации единицы миллиампер. Недостаток схемы в том, что из-за большого разброса характеристик транзисторов невозможен какой-либо осмысленный расчёт.

     Но в этом нет большой беды. Зачастую расчёт и не нужен. Там, где нужен просто простой и стабильный источник тока, генератор тока. К тому же такой генератор тока не требует дополнительного источника питания. Такая схема очень хороша в генераторах пилообразного напряжения для получения высокой линейности пилы.

     Дело в том, что в обычных, не лабораторных генераторах пилообразного или треугольного напряжения используется принцип заряда-разряда конденсатора. Если этот самый заряд-разряд производить через резистор, то напряжение на конденсаторе будет изменяться по экспоненте. Если вместо резистора включить источник (генератор) тока, то напряжение будет изменяться строго по прямой линии.

     Есть у этой схемы ещё одно достоинство. Её можно использовать для стабилизации тока в цепи переменного напряжения, для этого схему изображённую на Рис. 4 нужно включить в диагональ диодного моста, Рис 5.


Рис. 5

     В этой схеме полярность приложенного напряжения не важна. Именно такую схему генератора тока я применил в двухканальном прецизионном генераторе треугольного напряжения ШИМ-модулятора электронной нагрузки, описанной в статье «Импульсная электронная нагрузка».


РАДИОЛЮБИТЕЛЬСКИЕ СХЕМЫ | www.UnTehDon.ru

Здесь размещены схемы, для начинающих, радиолюбителей, рекомендуемые для успешного старта.

 

При сборке предложенных схем, обращайте особое внимание на исправность применяемых радиоэлементов!!!

  1. Светодинамические устройства.

  2. Звуковые генераторы, имитаторы.

  3. Источники питания.

  4. Усилители.

СВЕТОДИНАМИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА

Мигалка на одном светодиоде

Описание схемы

Эта схема представляет собой простейший несимметричный мультивибратор, что приводит к прерывистому свечению светодиода. Частота вспышек светодиода определяется частотой генерации мультивибратора. При включении источника питания ток коллектора транзистора VТ 2 скачком изменится от нуля, до начального значения, которое определяется резисторами R 1, R 2 и коэффициентом h 21э транзисторов VТ 1, VТ 2. Силу начального тока коллектора VТ 2, устанавливают подбором резистора R 2, при отключенном конденсаторе C 1. При этом светодиод еще не должен светиться. Подбор начинают со значений сопротивления R 1, при котором светодиод светится, затем увеличивают сопротивление R 1, до погасания светодиода. Подбором конденсатора C 1, добиваются требуемой частоты миганий. Номиналы резисторов, могут отличаться от указанных на схеме, на +, — 10%. Транзисторы маломощные группы МП, вместо МП41, можно ставить МП39, МП42, с любым буквенным индексом. В место МП37 можно ставить МП10, МП38. Светодиод можно применить любой имеющийся в продаже. Схема неоднократно проверенна на работоспособность и если она правильно собрана, начинает работать сразу. Применить данную схему можно как сигнальное устройство, или как эмитатор сигнализационного устройства в автомобиле и дома.

Мигалка на двух светодиодах

Описание схемы

Эта схема представляет собой симметричный мультивибратор, частота которого зависит от номиналов конденсаторов С1, С2, а так же от резисторов R 1, R 2. Частота поочередного мигания светодиодов соответственно, зависит от частоты мультивибратора которую в свою очередь можно менять подбором конденсаторов С1, С2 и резисторов R 1, R 2. Транзисторы VT 1, VT 2, группы МП и могут быть МП39, МП40, МП41, МП42, с любым буквенным индексом. Светодиоды могут быть любые, кроме инфракрасных. Схема проста в изготовлении, неоднократно проверена на работоспособность и при правильной сборке начинает работать сразу при подаче питания. Применяться данная схема может как элемент световой индикации в различных устройствах.

ЗВУКОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ, ИМИТАТОРЫ

Простой генератор звуковой частоты

Описание схемы

Генератор начинает работать при напряжении в несколько десятых долей вольта, даже с транзистором с малым статическим коэффициентом. Генерация возникает при нажатии кнопки S1, из — за действия сильной положительной обратной связи между коллектором и базой. R1 устанавливает нужную громкость и тональность звука. Трансформатор Т1 — от любого транзисторного малогабаритного радиоприемника. В качестве головных телефонов можно применить любые высокоомные телефоны типа ТМ — 2А, в крайнем случае подойдут и капсуля типа ДЭМ — 4М.

Электронная сирена

Описание схемы

При нажатии кнопки S 1, заряжается конденсатор С1. Разряжается конденсатор С1 через делитель напряжения на резисторах R 2, R 3, подключенного в цепь базы транзистора VT 1. Поскольку напряжение на конденсаторе С1, падает по мере его разрядки, то происходит уменьшение напряжения смещения на базе транзистора VT 1, в результате чего изменяется частота звучания. Из динамической головки слышен звук напоминающий вой серены. Транзистор VT 1, можно заменить на КТ315, КТ3102 с любым буквенным индексом. Транзистор VT 2, можно заменить на КТ837 с любым буквенным индексом. При сборки схемы особое внимание уделить правильности подключения кнопки. Несмотря на простоту схемы, почему то, именно подключение кнопки часто путают, в результате имитации серены не происходит, а слышен только обычный звуковой тон определенной частоты. Схема неоднократно проверена на работоспособность, при номиналах радиодеталей указанных на схеме и безошибочной сборке начинает работать сразу.

Двухтональный звонок

Описание схемы

Звонок состоит из двух генераторов, генератора тона, выполненного на транзисторах V 3, V 4 и симметричного мультивибратора V 1, V 2. Как известно при работе мультивибратора его транзисторы поочередно закрываются и открываются. Это свойство и использовано для управления частотой генератора тона. Выход мультивибратора соединен с генератором тона через резистор R 5 поэтому он будет периодически подключаться к общему проводу (к плюсу источника питания), т.е. параллельно резистору R 7. При этом частота генератора будет изменяться скачком, при закрытом транзисторе из динамической головки B 1, будет слышен звук одного тона, при открытом – другого. Конденсаторы С2, С3, защищают мультивибратор от импульсов, проникающих от генератора тона. При отсутствии конденсаторов частота мультивибратора будет изменяться, что приведет к появлению неприятных тонов в звучании звонка. В место указанных на схеме, можно применить любые другие маломощные низкочастотные германиевые транзисторы соответствующей структуры. Конденсаторы могут отличаться от номинала указанного в схеме на +,- 10%. Динамическая головка В1 любая, мощностью 1-2 Вт. и сопротивлением звуковой катушки постоянному току 4-10 Ом. В место конденсаторов С2, С3, можно установить один электролитический неполярный конденсатор на 1, 2 Мкф. на номинальное напряжение не ниже 6в. Детали звонка можно смонтировать на печатной плате из фольгированного гетинакса или стеклотекстолита. Схема неоднократно проверена на работоспособность, при номиналах радиоэлементов указанных на схеме и безошибочной сборки наладки не требует.

Рисунок печатной платы

Телеграфный тренажер на ИМС К155ЛА3

Описание схемы

Предлагаемый телеграфный тренажер достаточно прост в изготовлении, и предназначен для самостоятельного изучения телеграфной азбуки. Кнопкой S1 служит механический телеграфный ключ. Уст — во состоит из 4 — х элементов 2И — НЕ микросхемы К155ЛА3. Элементы DD1.1, DD1.2, DD1.3, образуют генератор импульсов, следующих с частотой 1000Гц. Элемент DD1.4, является буферным. С помощью резистора R1 подстраивают частоту генератора. В качестве источника питания может быть, маломощный блок питания напряжением 5в.

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

Простой регулируемый блок питания

Конструкции на транзисторах требуют для своего питания постоянное напряжение определенной величины, 1,5В, 3 В, 4,5 В, 9 В и 12 В. Чтобы во время проверки и налаживания собираемых схем, не расходовать напрасно средства на преобретение гальванических элементов и батарей, воспользуйтесь универсальным блоком питания работающим от сети переменного тока и позволяющим получить любое постоянное напряжение. Схема такого блока приведена на рисунке. Его выходное напряжение можно плавно изменять от 0,5 до 12 В. Причем оно будет оставаться стабильным не только при изменении сетевого напряжения, но и при изменении тока нагрузки от нескольких миллиампер до 0,3 А. Кроме того, блок питания не боится коротких замыканий в цепи нагрузки, которые нередки в практике радиолюбителя.

Познакомимся подробнее с работой блока питания. Включается он в сеть с помощью двухполюсной вилки ХР1. При замыкании контактов выключателя SA1 сетевое напряжение подается на первичную обмотку понижающего трансформатора Т1. На выводах вторичной обмотки появляется переменное напряжение, значительно меньшее, чем сетевое. Оно выпрямляется диодами VD1 — VD4, включенными по так называемой мостовой схеме. Чтобы выпрямленное напряжение было такое же стабильное, как напряжение батареи гальванических элементов, на выходе выпрямителя стоит электролитический конденсатор С1 большой емкости. Выпрямленное напряжение подается на несколько цепей: R1, VD5, VT1, R2, VD6, R3; VT2, VT3, R4, (R2, VD6) — это стабилитрон с балластным резистором. Они составляют параметрический стабилизатор. Как мы уже говорили выше, независимо от колебаний выпрямленного напряжения на стабилитроне VD6 будет строго определенное напряжение, равное напряжению стабилизации данного типа стабилитрона (в нашем случае от 11,5 до 14 В). Параллельно стабилитрону включен переменный резистор R 3, с помощью которого и устанавливают нужное выходное напряжение блока питания. Чем ближе к верхнему выводу находится движок резистора, тем больше выходное напряжение. С движка переменного резистора напряжение подается на усилительный каскад, собранный на транзисторах VT2 и VT3. Можно считать, что это усилитель мощности, обеспечивающий нужный ток через нагрузку при заданном выходном напряжении. Резистор R5 имитирует нагрузку блока питания, когда к зажимам ХТ1 и ХТ2 ничего не подключено. Напряжение на нем почти равно напряжению между движком переменного резистора и общим проводом (зажим ХТ2). Чтобы можно было контролировать выходное напряжение, в блок введен вольтметр, составленный из микроамперметра и добавочного резистора R 6.

Примечание: Выпрямительные диоды, диодного моста VD1 — VD4 можно заменить на более современные типа КД226 которые расчитаны на обратное напряжение более 250В или импортные аналоги. Транзисторы VT1, VT2 можно заменить на КТ361 или импортные аналоги. Транзистор VT3 можно заменить на КТ837 с любой буквой, что даже облегчит его монтаж на теплоотводе. В качестве теплоотвода подойдет дюралевая или алюминиевая пластина толщиной 2мм., ширина 40мм., высота 60мм. Монтаж радиоэлементов осуществляют на печатной плате из стеклотекстолита, хотя есть примеры что для начала монтажную плату изготавливали из плотного картона. Вся конструкция помещается в корпус из диэлектрического материала (пластмасс, пластик и т.д.).

Монтаж транзистора VT3 на теплоотводе.

При сборке нужно быть внимательным и осторожным т.к. здесь на первичной обмотке трансформатора, присутсвует напряжение опасное для жизни 220в.

УСИЛИТЕЛИ

Схема бестрансформаторного двухтактного УНЧ

Описание схемы

Простой бестрансформаторный двухтактный усилитель мощностью 1.5 Вт..Высокочастотный транзистор П416 применен здесь из соображения как можно больше снизить шумы входного каскада, потому как помимо того что он высокочастотный, он еще и малошумящий. Практически его можно заменить на МП39 — 42, с ухудшением шумовых характеристик соответственно или на кремниевые транзисторы КТ361 или КТ3107 с любой буквой.. Для предотвращения искажений типа «ступенька», между базами VT2, VT3, фазоинверсного каскада включен диод VD1 — Д9, с любой буквой, благодаря чему на базах транзисторов образуется напряжение смещения. Напряжение в средней точке (минусовой вывод конденсатора С2) будет равно 4,5в. Его устанавливают подбором резисторов R2, R4. Максимально допустимое рабочее напряжение конденсатора С2 может быть 6в.

Материал с сайта http://www.lessonradio.narod.ru

Генератор пилообразного напряжения.Часть 2.Стабилизаторы тока

Всем доброго времени суток. В предыдущей статье я описывал простейший генератор пилообразного напряжения и приводил его расчет. Данная статья продолжает первую часть, сегодня вы узнаете, как улучшить параметры генераторов и какие для этого применяются схемы.

Как известно из предыдущей статьи основными параметрами для оценки качества генератора пилообразного напряжения являются коэффициент нелинейности и коэффициент использования напряжения питания. Первый коэффициент характеризует нестабильность тока, который заряжает конденсатор, поэтому для обеспечения коэффициента нелинейности ξ интегрирующие цепи наиболее линейный заряд конденсатора происходит в начальный период времени (примерно первые 10 % от времени заряда). Поэтому для лучшей линейности в простейших генераторах пилообразного напряжения с зарядным (или разрядным) резистором приходится использовать напряжение питания в несколько десятков раз выше, чем амплитуда выходного импульса.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Простой стабилизатор тока

Стабилизатор тока (источник тока, генератор тока) называется устройство, которое автоматически поддерживает заданный ток в нагрузке под действием дестабилизирующих факторов. В качестве основного элемента в генераторе тока в большинстве случаев используется биполярный транзистор. В простейшем случае схема представляет собой однокаскадный усилитель, который показан ниже



Простейшая схема стабилизатора тока.

Работает схема следующим образом. Делитель напряжения R1R2 создаёт на базе транзистора VT1 напряжение UB, которое может быть представлено, как сумма напряжений UBE (напряжение на переходе база-эмиттер) и UE – напряжение на эмиттере VT1, тогда

[math]U_{E} = U_{B} — U_{BE}[/math]

При этом напряжение на базе выбирается в пределах UB ≈ (0,3…0,5)* EПИТ

А ток эмиттера будет равен

[math]I_{E} = \frac{U_{E}}{R3} = \frac{U_{B} — U_{BE}}{R3}[/math]

Так как ток коллектора транзистора практически такой же, как и ток эмиттера, то, если ток эмиттера поддерживать постоянным, то ток коллектора также будет постоянным, несмотря на изменение напряжения на коллекторе. Данная схема является основой для различных источников постоянного тока. При расчёте данной схемы необходимо, чтобы ток делителя R1R2 был в 5…10 раз больше, чем базовый ток транзистора, то есть

[math]I_{R1R2} \ge (5…10)*I_{B} = \frac{(5..10)*I_{E}}{1 + h_{21e}}[/math]

Данная схема достаточно эффективна во многих случаях, но иногда возникают проблемы в связи с нестабильностью источника питания и по этой причине возможно изменение напряжения на базе транзистора UB, как следствие и тока эмиттера IE.

Расчёт простого стабилизатора тока

Необходимо рассчитать источник тока, обеспечивающий IС = 10 мА, напряжение источника питания ЕПИТ = 10 В.

  1. Выберем транзистор типа КТ315 со следующими параметрами: UCEmax = 30 В, ICmax = 100 mA, ICBO = 1 mkA, fh31e = 250 МГц, h21e = 20…90 (примем h21e = 50).
  2. Рассчитаем сопротивление эмиттера R3 [math]R3 = \frac{U_{E}}{I_{E}} = \frac{U_{B} — U_{BE}}{I_{E}}[/math]

    где UBE = 0,6 – 0,8 B,

    [math]U_{B}=(0,3…0,5)*E_{PIT} = (0,3…0,5)*10 = 3…5 B[/math]

    Примем UB = 3 В, тогда

    [math]R3 = \frac{3 — 0,7}{0,01} = 230 Om[/math]
  3. Расчитаем сопротивление резисторов R1 и R2. [math]I_{R1R2} \ge (5…10)*I_{B} = \frac{(5..10)*I_{E}}{1 + h_{21e}} = \frac{(5..10)*0,01}{1 + 50} \approx 0,98…1,96 mA[/math]

    Примем IR1R2 = 1 мА

    [math]R1 + R2 = \frac{E_{PIT}}{I_{R1R2}} = \frac{10}{0,001} = 10 kOm[/math]
    [math]\frac{R2}{R1 + R2} = \frac{U_{B}}{E_{PIT}} = \frac{3}{10} = 0,3[/math]
    [math]R2 = 10 * 0,3 = 3 kOm[/math]
    [math]R1 = 10 — 3 = 7 kOm[/math]

    Примем R1 = 6,8 кОм, R2 = 3,3 кОм

Стабилизатор тока с диодным смещением

Как указывалось выше простой стабилизатор тока вследствие нестабильности напряжения питания, может иметь невысокую стабильность тока коллектора, кроме того через делитель напряжения R1R2 протекает достаточно большой ток, что приводит к потере мощности. Поэтому для уменьшения влияния этих факторов применяется диодная стабилизация (или диодное смещение) напряжения на базе. Схема, иллюстрирующая диодное смещение приведена ниже



Стабилизатор тока с диодным смещением.

Работает данная схема, как и предыдущая, но с учётом того, что напряжение на базе транзистора VT1 создается стабилитроном. Расчёт данной схемы выполняется также как и предыдущей, только с учётом параметров стабилитрона, то есть напряжения стабилизации UНОМ и ток стабилизации ICT. При выборе стабилитрона источника тока необходимо руководствоваться следующими ограничениями

  • максимальное напряжение стабилизации стабилитрона
    [math]U_{ST} \le \/E_{PIT} — I * R_{HMAX}[/math]
    где EPIT – напряжение питания источника тока,
    I – расчётный ток источника тока
    RНmax – максимальное сопротивление коллекторной нагрузки.
  • минимальное напряжение стабилизации не должно быть меньше, чем напряжение насыщение база-эмиттер [math]U_{ST} \ge \/U_{BE}[/math]

В данной схеме по возможности необходимо использовать стабилитроны с небольшим значением напряжения стабилизации, потому что при напряжении стабилизации стабилитрона(UСТ.НОМ) близком к Ust уменьшается значение сопротивления резистора R1, что в свою очередь приводит к увеличению потребляемой мощности этим резистором.

Расчёт стабилизатора тока с диодным смещением

Необходимо рассчитать источник тока, обеспечивающий IС = 10 мА на нагрузке Rн = 150 Ом, напряжение источника питания ЕПИТ = 10 В.

  1. Выберем транзистор типа КТ315 со следующими параметрами: UCEmax = 30 В, ICmax = 100 mA, ICBO = 1 mkA, fh31e = 250 МГц, h21e = 20…90 (примем h21e = 50).
  2. Выберем стабилитрон [math]U_{ST} \le \/E_{PIT} — I * R_{HMAX} = 10 — 0,01 * 150 = 10 — 1,5 = 8,5 B[/math]
    [math]U_{ST} \ge \/U_{BE}[/math]

    Выберем стабилитрон типа КС139Г со следующими параметрами Uст.ном. = 3,9 В, Iст.ном. = 5 мА.

  3. Рассчитаем сопротивление резистора R1
    [math]R1 = \frac{E_{PIT} — U_{CT.HOM}}{I_{CT.HOM}}[/math]

    Примем R1 = 1,2 кОм

  4. Рассчитаем сопротивление резистора R2
    [math]R2 = \frac{U_{E}}{I_{E}} = \frac{U_{ST} — U_{BE}}{I_{E}} = \frac{3,9 — 0,7}{0,01} = 320 Om[/math]

    Выберем R2 = 330 Ом

Токовое зеркало (отражатель тока)

Как указывалось выше, уменьшение напряжения стабилизации стабилитрона приводит к уменьшению потребляемого тока. Как известно минимальное напряжение на базе транзистора для его работы в качестве усилителя составляет UBE = 0,7 В – падение напряжения на p-n переходе база-эмиттер. Чтобы обеспечить такое напряжение достаточно между базой и эмиттером транзистора включить обычный диод, но лучше всего использовать транзистор с закороченным коллекторным переходом, причём необходимо стараться подобрать пару транзисторов с очень близкими параметрами (h21e, ICBO и т.д.). Такая схема, показанная ниже, называется токовым зеркалом или отражателем тока



Схема токового зеркала (отражатель тока)

Рассмотрим работу схемы, основными элементами которой являются резистор R1 и транзисторы VT1 и VT2. Коллектор и база транзистора VT1 соединены, и поэтому данный транзистор выполняет роль диода. Коллекторный ток VT1 ограничен резистором R1, а как известно напряжение UBE и ток эмиттера IE транзистора связывает логарифмическая зависимость

[math]U_{BE} = U_{T} *ln (\frac{I_{E}}{I_{EO}})[/math]
[math]I_{E} \approx \/I_{C}[/math]

где UT – напряжение на p-n переходе зависящее от температуры,
IEO – обратный ток насыщения эмиттера.

Таким образом, если транзисторы VT1 и VT2 имеют одинаковые параметры, то падение напряжение UBE транзистора VT1 вызовет такое же падение напряжения UBE транзистора VT2, а следовательно и коллекторный ток транзистора VT2 будет примерно равным коллекторному току транзистора VT1. Таким образом, коллекторный ток VT2 с большой степенью точности задаётся («программируется») коллекторным током VT1.

[math]I_{CVT2} \approx \/I_{CVT1} = \frac{E_{PIT} — U_{BE}}{R1}[/math]

Генератор пилообразного напряжения со стабилизатором тока

От схем стабилизаторов тока пора перейти к применению стабилизаторов в генераторах пилообразного напряжения. Тут всё достаточно просто, необходимо вместо зарядного (разрядного) резистора вставить в схему стабилизатор тока. Для примера возьмём стабилизатор тока с диодным смещением и добавим его в схему простого генератора пилообразного напряжения. Получившаяся схема изображена ниже



Схема генератора пилообразного (линейно растущего) напряжения со стабилизатором тока.

Данная схема состоит из стабилизатора тока на транзисторе VT1, стабилитроне VD1 и резисторах R1, R2, а также разрядного транзистора VT2 и конденсатора C1.
Схемы генераторов пилообразного напряжения позволяют получить коэффициент нелинейности ξ ≤ 10 %, а коэффициент использования напряжения ε ≈ 0,9. Как же работает такая схема? Как известно VT1. То есть дифференциальное сопротивление коллектора будет очень высоким

[math]r_{K} = \frac{\DELTA \/U_{BC}}{\DELTA \/I_{C}}[/math]

в случае стабилизатора тока rK ≈ 0,5…1 МОм.

После подачи питания Епит в схему, конденсатор C1 начинает заряжаться постоянным током IС ≈ IE = const, которой обеспечивается стабильным напряжением UST за счёт стабилитрона VD1

[math]I_{C} \approx \/I_{E} = \frac {U_{ST} — U_{BE}}{R2}[/math]

Таким образом, конденсатор зарядится до напряжения

[math]U_{0} = U_{BbIX} = E_{PIT} — R2 * I_{C}[/math]

которое будет являться выходным напряжением данной схемы генератора. После того как на вход схемы (базовый вывод VT2) приходит положительный импульс (UBX > UBbIX) транзистор VT2 насыщается и конденсатор C1 разряжается

Амплитуду выходного напряжения можно определить по следующей формуле

[math]U_{m} = \frac {I_{C} T_{P}}{C1} = \frac{h_{21b} E_{R2} T_{P}}{R2 C1} \approx \frac {E_{R2} T_{P}}{R2 C1}[/math]

Коэффициент нелинейности будет равен

[math]\xi = \frac{T_{p}}{r_{K} C1}[/math]

Таким образом, исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что данный генератор при работе на высокоомную нагрузку обеспечивает небольшой коэффициент нелинейности и большой коэффициент использования напряжения, который растёт с уменьшением напряжения стабилизации стабилитрона, а также обеспечивает большой диапазон длительности рабочего хода и небольшое время обратного хода.

Одним из недостатков данного типа генератора является то, что необходимо иметь запускающий импульс со значительным уровнем напряжения (UBX > UBbIX), а также транзисторы с разными типами проводимости.

В отличии от генератора линейно растущего напряжения, генератор линейно падающего напряжения можно собрать на транзисторах одного типа проводимости, что иногда имеет некоторое преимущество.



Генератор пилообразного (линейно падающего) напряжения со стабилизатором тока.

Расчёт номиналов элементов данной схемы ведётся идентично генератору линейно растущего напряжения.

Расчёт генератора пилообразного напряжения с токовым стабилизирующим элементом

Рассчитать параметры элементов схемы генератора пилообразного напряжения со стабилизатором тока, который обеспечивает следующие характеристики выходного сигнала: длительность рабочего хода ТР = 500 мкс, амплитуда выходного напряжения Um = 5 В, напряжение питания схемы EK = 10 В коэффициент нелинейности ξ = 1 %.

  1. Определим ёмкость конденсатора С [math]C = \frac{T_{P}}{r_{K} \xi}[/math]

    где rK – дифференциальное сопротивление коллекторного перехода, rK = ΔUCB/ΔIC.{-9}}{0,0005} = 0,51 mA[/math]

  2. Выберем и рассчитаем стабилизатор тока:
    • Выберем транзистор типа КТ315 со следующими параметрами: UCEmax = 30 В, ICmax = 100 mA, ICBO = 1 mkA, fh31e = 250 МГц, h21e = 20…90 (примем h21e = 50).
    • Выберем стабилитрон
      [math]U_{ST} = E_{K} — U_{m} = 10 — 5 = 5 B[/math]
      [math]U_{ST} \ge \/U_{BE} = 0,7 B[/math]

      Выберем стабилитрон типа КС147 со следующими параметрами Uст.ном. = 4,7 В, Iст.ном. = 5 мА.

    • Рассчитаем сопротивление резистора R1
      [math]R3 = \frac{E_{K} — U_{CT.HOM}}{I_{CT.HOM}} = \frac{10 — 4,7}{0,005} = 1060 Om[/math]

      Примем R1 = 1 кОм

    • Рассчитаем сопротивление резистора R2
      [math]R2 = \frac{U_{CT.HOM} — U_{BE}}{I_{E}} = \frac{4,7 — 0,7}{0,00051} \approx 7843 Om[/math]

      Выберем R2 = 8,2 кОм

Простая схема генератора постоянного тока с использованием транзистора

Многие из нас, кто работал с аналоговыми схемами , часто сталкивались с терминами источник напряжения и источник тока в схемотехнике. В то время как все, что обеспечивает постоянное напряжение, например, простой выход USB 5 В или адаптер 12 В, может рассматриваться как источник напряжения, термин «источник тока» всегда остается загадкой. И многие схемы, особенно те, которые включают операционные усилители или схемы переключения, потребуют от вас использования источника постоянного тока, чтобы конструкция работала.Итак, что подразумевается под текущим источником? Как это будет работать и зачем нужно?

 

В этом уроке мы найдем ответы на эти вопросы, а также построим и протестируем простую схему источника постоянного тока с использованием транзистора . Схема, используемая в этом руководстве, сможет подавать постоянный ток 100 мА на вашу нагрузку, но вы можете изменить ее с помощью потенциометра в соответствии с вашими требованиями к конструкции. Интересно право! Итак, давайте начнем.

 

Что такое источник постоянного тока (CC)?

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

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

 

В режиме CC источник питания идеального источника тока обеспечивает постоянный выходной ток и изменяет выходное напряжение в соответствии с требованиями сопротивления нагрузки. Примером этого может служить зарядное устройство на 12 В в режиме CC, где ток зарядки будет фиксированным, а напряжение будет варьироваться. В случае, если ваша батарея 10.5 В, если вы подключите его к зарядному устройству 1 А 12 В, ваш выходной ток от зарядного устройства всегда будет 1 А, но выходное напряжение будет варьироваться, чтобы поддерживать этот зарядный ток 1 А. Так что здесь требуются цепи постоянного тока , другим примером может быть схема драйвера светодиода постоянного тока, где ток через светодиод должен быть постоянным.

 

Простой источник постоянного тока 100 мА на транзисторе

В этом проекте мы создадим простой генератор постоянного тока на транзисторах, используя только 4 компонента.Это очень недорогая схема, которая может обеспечить источник постоянного тока 100 мА с источником питания 5 В. Он также будет иметь потенциометр для управления выходным током в диапазоне от 1 до 100 мА. Он будет обеспечивать постоянный ток даже при изменении сопротивления нагрузки. Это будет полезно использовать, когда цепь нуждается в постоянном токе без колебаний. Ранее мы также построили другой тип схемы источника тока, называемый схемой токового насоса Howland, и схемой Current Mirror, вы также можете взглянуть на них, если интересно.Теперь давайте посмотрим на материалы, необходимые для этого проекта.

 

Требуемые материалы:
  1. ТЛ431
  2. BC547
  3. Резистор 2k 1%
  4. Переменный резистор 10 кОм
  5. 22R 1% резистор
  6. Адаптер постоянного тока 5 В или блок питания.
  7. Различное сопротивление нагрузки в соответствии с требованиями.
  8. Макет и соединительные провода
  9. Мультиметр для тестирования.

Как указано в приведенной выше спецификации, схема состоит только из двух активных компонентов, TL431 и BC547.TL431 — это шунтовой стабилизатор, использующий опорное напряжение 2,5 В. Он поддерживает катодный ток 1-100 мА для операций, связанных с шунтированием. Корпус этого компонента такой же, как и у обычного сквозного транзистора. Другие компоненты являются пассивными компонентами. Резисторы должны иметь допуск 1% для точного выхода.

 

Схема цепи источника постоянного тока:

Принципиальная схема источника постоянного тока с использованием транзистора проекта показана ниже.

Приведенная выше схема полностью подключена к линии 5 В. Выходная нагрузка должна быть подключена между выходом и соединением GND. На приведенной выше схеме BC547 работает как проходной транзистор , подробнее об этом будет рассказано в разделе «Работа».

 

Важные расчеты для цепи постоянного тока

Выходной ток вышеприведенной схемы зависит от приведенной ниже формулы, которую можно использовать для расчета выходного тока схемы источника постоянного тока.

I  out =  V  ref  /R4 + I  KA  

Для этой схемы

I  вых = 100 мА  (0,100 А)
В  ссылка =  2,5 В
I  KA  = 1 мА (0,001 А) [Примечание: минимальный ток смещения] 

Итак,

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

Доступное минимальное значение сопротивления R4 составляет 22 Ом. Теперь значение переменного резистора или потенциометра можно найти по той же формуле.Раньше максимально доступный ток 100 мА достигался резистором 22 Ом. На этот раз потенциометр уменьшит выходной ток до минимального уровня.

Поскольку минимальный катодный ток, необходимый для TL431, составляет 1 мА, лучше предположить, что наименьший ток будет равен 2 мА. Следовательно, используя ту же формулу,

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

 

Таким образом, потенциометр с наименьшим ближайшим значением 2,2k может использоваться для управления током. Последний расчет заключается в вычислении значения резистора смещения R1 с использованием приведенных ниже формул.

R1 = V  in  /(I  out  /hFE + I  KA  ) 

Для этой схемы

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

Таким образом, доступное наименьшее близкое значение R1 может быть 2,2 кОм.

 

Рабочая цепь постоянного тока:

Транзистор BC547 действует как проходной транзистор , который управляется резистором смещения R1 и шунтирующим регулятором TL431. База транзистора фактически соединена с делителем тока . Эта схема делителя тока выполнена с использованием резистора смещения и шунтирующего регулятора.TL431 регулирует постоянный ток, воспринимая опорное напряжение и управляя проходным транзистором BC547. Схема построена на макетной плате, как показано ниже.

 

Проверка цепи источника постоянного тока

Когда плата готова, я включил свою схему с помощью источника постоянного тока 5 В и начал ее тестирование. Я использовал разные нагрузки (разные номиналы резисторов) на выходе и следил за тем, чтобы ток всегда оставался постоянным.Я использовал свой мультиметр для измерения выходного тока моей схемы, и он всегда был около 100 мА, как показано на рисунке ниже

.

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

 

Применение цепей источников постоянного тока

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

.
  • Усилительная система.
  • Солнечные системы
  • Электромагниты
  • Система двигателя для постоянной скорости.
  • Датчики Холла
  • .
  • Цепи регулятора смещения стабилитронов.

Транзисторный активный источник » Примечания по электронике

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


Типы транзисторных схем Включает:
Типы транзисторных схем Общий эмиттер Повторитель эмиттера Общая база Пара Дарлингтона Пара Шиклаи Текущее зеркало Длиннохвостая пара Источник постоянного тока Множитель емкости Двухтранзисторный усилитель Фильтр верхних частот

См. также: Схема транзистора


Активные источники постоянного тока часто используются в электронных схемах.Некоторые схемы постоянного тока могут быть изготовлены с использованием очень небольшого количества электронных компонентов, но другие, обеспечивающие лучшую производительность, могут использовать несколько больше.

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

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

Символы цепи источника тока

Что такое источник постоянного тока

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

Более полезным элементом с точки зрения обеспечения тока является то, что называется источником постоянного тока. Этот объект обеспечивает заданный уровень тока независимо от импеданса нагрузки, на которую он подает ток.

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

Ввиду этого реальные источники постоянного тока имеют ограничения, накладываемые на диапазон уровней импеданса, при которых они могут обеспечивать постоянный ток.

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

Существует два типа источников постоянного тока:

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

  • Управляемый источник тока:   Эта форма устройства постоянного тока создает уровень тока, которым можно управлять с помощью внешнего фактора, такого как управляющее напряжение, но он сможет обеспечивать требуемый уровень тока независимо от Загрузка.

Приложения с активным источником тока

Источники тока необходимы в ряде различных областей проектирования электронных схем.

Источники тока можно использовать для смещения транзисторов, а также в качестве активных нагрузок для каскадов усилителей с высоким коэффициентом усиления. Их также можно использовать в качестве источников эмиттеров для дифференциальных усилителей, например, их можно использовать в транзисторной паре с длинными хвостами.

Они также могут использоваться в качестве подтягивающих звеньев с широким диапазоном напряжения в источниках питания и других цепях с широким диапазоном напряжения.Если бы использовались обычные резисторы, то ток значительно варьировался бы в диапазоне напряжений.

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

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

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

Простая схема источника тока с резистором

В самой простой форме цепи постоянного тока используется один электронный компонент: резистор. Если напряжение источника напряжения намного выше напряжения, при котором требуется ток, то выходной ток будет практически не зависеть от нагрузки.

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

Для практических применений напряжение и сопротивление должны обеспечивать постоянство тока в требуемом диапазоне нагрузки.

Простой источник постоянного тока, состоящий из источника высокого напряжения и резистора с большим сопротивлением

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

Эта простая форма источника тока имеет много ограничений:

  • Высокие значения необходимого сопротивления рассеивают мощность, делая схемы неэффективными.
  • Необходимы источники высокого напряжения, которые не всегда легко доступны.
  • Колебания нагрузки могут вызвать некоторые колебания тока, если не доступны достаточно высокие значения напряжения источника.

Ввиду этих ограничений этот простой источник постоянного тока не нашел широкого применения там, где требуется настоящий постоянный ток.

Для достижения лучших характеристик с источником более низкого напряжения и с меньшим рассеиванием мощности, хотя и с несколькими дополнительными электронными компонентами, более широко используется активная цепь постоянного тока, которая обеспечивает лучшие общие характеристики для большинства практических требований.

Транзисторный активный источник постоянного тока, основные сведения

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

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


Источник активного тока на одном транзисторе

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

Ввиду этого легко спроектировать цепь для заданного тока.

Т.е. = (β + 1) Ib

Iload = Ic = βIb

Iload = β Ve(β + 1) Re

Iload = Vb — 0.6Re

NB: Это предполагает использование кремниевого транзистора, так как падение напряжения в базовом эмиттере составляет 0,6 В

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

Схема простого стабилизированного источника активного тока

Чтобы устранить любые колебания тока, возникающие из-за изменений напряжения питания, достаточно просто добавить некоторую регулировку в базовую схему, изменив несколько электронных компонентов.Это достигается заменой R2 стабилитроном или диодом опорного напряжения.

Транзисторный источник активного тока с использованием стабилитрона для повышения стабильности

Применяются те же уравнения, что и раньше, но единственное отличие состоит в том, что базовое напряжение поддерживается на более постоянном уровне благодаря наличию стабилитрона, диода опорного напряжения.

Зависимость активного источника тока от температуры

Одним из основных недостатков базового активного источника тока является то, что он в некоторой степени зависит от температуры.Для многих применений это может быть неважно, но там, где требуются очень жестко контролируемые условия, температурные характеристики могут быть очень важны.

Существует два основных варианта:

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

    Это можно свести к минимуму, выбрав сопротивление эмиттерного резистора достаточно большим, чтобы гарантировать, что изменения напряжения эмиттера в десятки милливольт будут составлять лишь небольшую долю от общего напряжения эмиттера. Однако необходимо позаботиться о том, чтобы между коллектором и шиной оставалось достаточное оставшееся напряжение, чтобы пропускать ток через нагрузку и компенсировать любые изменения напряжения питания.

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

Цепи активных источников тока с хорошей температурной стабильностью

Можно спроектировать схемы активных источников тока на транзисторах, в которых собственная температурная стабильность лучше, чем в простых схемах, приведенных выше.

Одной из самых простых схем является использование схемы, в которой используются транзисторы NPN и PNP. В показанной схеме изменения падения напряжения Vbe в TR1 компенсируются изменениями в TR2.Следует отметить, что в этой схеме резистор R3 является подтягивающим резистором для коллектора TR1, потому что база TR2 может потреблять ток, но не отдавать его.

Транзисторный активный источник тока с температурной компенсацией

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

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

Дополнительные схемы и схемы:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Транзисторная конструкция Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы схемы полевых транзисторов Символы цепи
    Вернитесь в меню проектирования схем .. .

Базовый источник постоянного тока на МОП-транзисторах

Узнайте о простой версии схемы, которая необходима при разработке аналоговых интегральных схем.

Дополнительная информация

Что такое неуловимый источник тока?

Источники постоянного тока занимают видное место в упражнениях по анализу цепей и сетевых теоремах, затем они, кажется, более или менее исчезают. . . если вы не дизайнер микросхем. Хотя они редко встречаются в типовых конструкциях печатных плат, источники тока широко распространены в мире аналоговых ИС.Это связано с тем, что они используются 1) для смещения и 2) в качестве активных нагрузок.

  1. Смещение:  Транзисторы, работающие в качестве линейных усилителей, должны быть смещены таким образом, чтобы они работали в нужной части своей передаточной характеристики. Наилучший способ сделать это в контексте проектирования ИС — заставить заданный ток протекать через сток транзистора (для полевых МОП-транзисторов) или коллектор (для биполярных транзисторов). Этот заданный ток должен быть стабильным и независимым от напряжения на компоненте источника тока.Конечно, никакая реальная схема никогда не будет абсолютно стабильной или совершенно невосприимчивой к изменениям напряжения, но, как это обычно бывает в технике, совершенство вовсе не обязательно.
  2. Активные нагрузки: В схемах усилителей вместо резисторов коллектора/стока могут использоваться источники тока. Эти «активные нагрузки» обеспечивают более высокий коэффициент усиления по напряжению и позволяют схеме нормально функционировать при более низком напряжении питания. Кроме того, технология производства ИС отдает предпочтение транзисторам, а не резисторам.

В этой статье я буду называть выход источника тока «ток смещения» или I BIAS , потому что я думаю, что приложение смещения является более простым средством для обдумывания основных функций этой схемы.

Цепь источника постоянного тока на МОП-транзисторах

Вот базовый источник постоянного тока MOSFET:

 

 

Удивительно просто, на мой взгляд — два транзистора NMOS и резистор. Давайте посмотрим, как работает эта схема.

Как видите, сток Q 1 закорочен на его вентиль. Это означает, что V G = V D , и, таким образом, V GD = 0 В. Итак, находится ли Q 1 в отсечке, области триода или области насыщения? Это не может быть отсечка, потому что, если бы ток не протекал через канал, напряжение затвора было бы на уровне V DD , и, таким образом, V GS было бы больше, чем пороговое напряжение V TH (мы можем безопасно предположим, что V DD выше, чем V TH ).Это означает, что Q 1 всегда будет находиться в состоянии насыщения (также называемом «активным» режимом), потому что V GD = 0 В, и один из способов выражения условия насыщения MOSFET состоит в том, что V GD должно быть меньше чем V TH .

Если вспомнить, что через затвор MOSFET не протекает установившийся ток, то можно увидеть, что опорный ток I REF будет таким же, как ток стока Q 1 . Мы можем настроить этот опорный ток, выбрав соответствующее значение для R SET .2\]

 

На данный момент мы игнорируем модуляцию длины канала; следовательно, как показано в уравнении, ток стока не зависит от напряжения сток-исток. Теперь обратите внимание, что истоки обоих полевых транзисторов подключены к земле, а их затворы замкнуты накоротко — другими словами, оба имеют одинаковое напряжение между затвором и истоком. Таким образом, если предположить, что оба устройства имеют одинаковые размеры каналов, их токи стока будут равны, независимо от напряжения на стоке Q 2 .Это напряжение обозначено как V CS , что означает напряжение на компоненте c urrent- s source; это помогает напомнить нам, что Q 2 , как и любой источник тока с хорошими характеристиками, генерирует ток смещения, на который не влияет напряжение на его выводах. Другими словами, Q 2 имеет бесконечное выходное сопротивление:

 

 

В этих условиях через выходное сопротивление R O никогда не протекает ток, даже когда V CS очень велико.Это означает, что ток смещения всегда точно равен опорному току.

Обычное название этой схемы — «токовое зеркало». Вероятно, вы понимаете, почему — ток, генерируемый правым транзистором, отражает (т. е. подобен) опорному току, протекающему через левый транзистор. И это название особенно уместно, если учесть визуальную симметрию типичного схематического изображения.

Кстати, в старых ИС часто требовался внешний резистор для R SET .Однако в настоящее время производители используют встроенные резисторы, которые были подогнаны для достижения достаточной точности.

Важно, чтобы транзистор оставался в состоянии насыщения

Первым серьезным нарушением идеализированного анализа этой схемы является тот факт, что все разваливается, когда транзистор не находится в состоянии насыщения. Если Q 2 находится в триодном (линейном) районе, ток стока будет сильно зависеть от V DS . Другими словами, у нас больше нет источника тока, поскольку на ток смещения влияет V CS .Мы знаем, что напряжение затвор-сток Q 2 должно быть меньше порогового напряжения, чтобы поддерживать насыщение.

Другой способ сказать это так: Q 2 покинет область насыщения, когда напряжение стока станет V TH вольт ниже напряжения затвора. Мы не можем указать точное число, потому что и напряжение затвора, и пороговое напряжение будут варьироваться от одной реализации к другой.

Разумным примером является следующий: напряжение затвора, необходимое для создания желаемого тока смещения, составляет около 0.9 В, а пороговое напряжение 0,6 В; это означает, что мы можем поддерживать насыщение до тех пор, пока V CS остается выше ~0,3 В.

Модуляция длины канала

К сожалению, даже если наша общая конструкция схемы гарантирует, что Q 2 всегда будет находиться в состоянии насыщения, наш источник тока на МОП-транзисторах не совсем идеален. Виновником является модуляция длины канала.

Суть области насыщения – это «отсеченный» канал, который существует, когда напряжение затвор-сток не превышает порогового напряжения.

 

 

Идея состоит в том, что ток стока становится независимым от V DS после пережатия канала, потому что дальнейшее увеличение напряжения стока не влияет на форму канала. Однако в действительности увеличение V DS приводит к смещению «точки отсечки» к истоку, и это позволяет напряжению стока оказывать небольшое влияние на ток стока, даже когда полевой транзистор находится в состоянии насыщения. Результат можно представить следующим образом:

 

 

I BIAS теперь представляет собой сумму I REF (определяется R SET ) и I ERROR (ток, протекающий через выходное сопротивление).I ERROR подчиняется простому закону Ома: чем выше V CS , тем больше I ERROR и, следовательно, больше I BIAS , и, таким образом, источник тока больше не зависит от напряжения на его клеммах.

Регулировка и рулевое управление

Эта удобная схема источника тока становится еще лучше, когда вы понимаете, насколько она гибкая. Сначала давайте рассмотрим настройку тока, генерируемого Q 2 . До сих пор мы предполагали, что генерируемый ток такой же, как опорный ток, но это верно только тогда, когда транзисторы имеют одинаковое отношение ширины канала к длине канала.2\]

 

Ток стока прямо пропорционален отношению ширины к длине, поэтому мы можем увеличить или уменьшить I BIAS , просто сделав отношение W/L Q 2 выше или ниже, чем у Q 1 . Например, если мы хотим, чтобы ток смещения был в два раза больше, чем опорный ток, все, что нам нужно сделать, это сохранить длину канала той же и увеличить ширину канала Q 2 в два раза. (Это может показаться не таким простым, если вы привыкли работать с дискретными полевыми транзисторами, но указание размеров канала является стандартной практикой при проектировании ИС.)

Также довольно просто использовать эту схему для «управления током». Следующая диаграмма иллюстрирует концепцию управления током:

 

 

Это продуманное устройство позволяет нам генерировать несколько токов смещения из одного опорного тока. Более того, каждый из этих токов может быть разным — их можно индивидуально модифицировать, просто регулируя отношение ширины к длине.

Заключение

Мы рассмотрели работу и возможности базового источника постоянного тока на МОП-транзисторах, а также обсудили ограничения.Как следует из прилагательного «базовый», существуют схемы получше. Но базовая схема — хорошее место для начала, потому что двухтранзисторное токовое зеркало остается концептуальным ядром высокопроизводительных топологий.

Как сделать источник постоянного тока

Понимание конкретных схемных решений основано на раскрытии лежащих в их основе основных идей. Итак, давайте посмотрим, что это за идеи в деле…

Для получения тока по закону Ома I = V/R нам нужны только напряжение и сопротивление.Таким образом, если бы нагрузка была чисто резистивной, нам понадобился бы только источник напряжения для получения тока. Изменяя напряжение, мы можем установить желаемую величину тока.

Но если нагрузка ведет себя как источник напряжения (например, аккумуляторная батарея, конденсатор, стабилитрон, короткое замыкание, отрицательный резистор и т. д.), нам необходимо дополнительное последовательное сопротивление, чтобы установить (ограничить) ток. Таким образом, в общем случае источник тока образован двумя последовательно соединенными элементами — источником напряжения с напряжением V и резистором с сопротивлением Ri… и подключен к нагрузке с напряжением VL и сопротивлением RL. Эти четыре элемента соединены по кругу и каждый из них влияет на величину тока, определяемую соотношением полного напряжения Vt и сопротивления Rt; I = Vt/Rt = (V ± VL)/(Ri ± RL). В этой схеме источник входного напряжения пытается установить ток своим напряжением V и сопротивлением Ri, в то время как нагрузка вмешивается в него своим напряжением VL и сопротивлением RL. И источник, и нагрузка влияют на общий ток, и задача состоит в том, чтобы устранить влияние нагрузки на ток.

Простейший способ (характерный для электрических цепей) — многократно увеличить как напряжение, так и сопротивление источника ввода (это известное определение идеального источника тока из учебников по электротехнике). Они высокие, но постоянные (статичные)… вот в чем беда. Таким образом, напряжение и сопротивление нагрузки становятся незначительными по сравнению с входным источником. Понятно, что изготовление таким способом хорошего источника тока связано с большими потерями мощности на сопротивлении.

Более умный способ (типичный для электронных схем) состоит в том, чтобы изменить напряжение или сопротивление источника. Они динамичны, но малы… так что потери мощности малы… и это прибыль. У нас есть иллюзия чрезвычайно высокого (дифференциального) сопротивления, но фактическое (статическое) сопротивление низкое. Посмотрим, как эта идея воплотится в жизнь…

Хитрость в том, что когда нагрузка увеличивает/уменьшает свое напряжение или сопротивление, источник уменьшает/увеличивает свое напряжение или сопротивление на ту же величину ; поэтому ток не меняется.

Эта компенсация может быть выполнена без какой-либо отрицательной обратной связи с использованием следующего источника напряжения (так называемая «самозагрузка») или резистора стабилизации тока (реализованного биполярным транзистором или полевым транзистором с постоянным входным напряжением).

Один из вариантов этого метода заключается в том, чтобы вместо изменения самого напряжения источника добавить дополнительное напряжение последовательно к постоянному напряжению источника , тем самым компенсируя влияние нагрузки. Эта идея реализована, например, в инвертирующем источнике тока на ОУ.

Еще одна более экстравагантная идея заключается в подаче дополнительного тока в нагрузку путем подключения дополнительного источника тока параллельно основному источнику ввода . Он реализован в источнике тока Howland.

Вы можете больше узнать об этих методах в моих рассказах о схемах источников постоянного тока.

В заключение, сила этого подхода заключается в том, что, зная основные идеи, мы можем объяснить и реализовать конкретные конфигурации схем из прошлого, настоящего и будущего (реализованные лампами, биполярными транзисторами, полевыми транзисторами, операционными усилителями и т. д.).)

способов создания и использования цепей постоянного тока

Мы часто сталкивались с источником напряжения и источником тока в схемотехнике, когда работали с аналоговыми схемами. Источники напряжения — это все, что обеспечивает постоянное напряжение, например, стандартный выход USB 5 В или адаптер 12 В; однако текущие источники немного более загадочны. Некоторые схемы, особенно с операционными усилителями и коммутационными схемами, потребуют от вас использования источника постоянного тока.Что такое цепь постоянного тока? Что он делает и зачем он нам нужен?

Ниже мы ответим на эти и некоторые другие вопросы, которые могут у вас возникнуть, такие как изменение температуры, схемы с транзистором и приложения для этого конкретного тока.

 

1. Что такое цепь постоянного тока?

 

(Схема управляет резистором и создает напряжение)

Источник: https://en.wikipedia.org/wiki/Current_source#/media/File:Ohms_law_current_source.svg

 

Это источник питания, который поддерживает постоянный ток нагрузки, несмотря на изменения и колебания сопротивления нагрузки. Другими словами, источник постоянного тока обеспечивает постоянный выходной ток независимо от сопротивления нагрузки.

Таким образом, источник постоянного тока ценен для подачи постоянного тока независимо от любых изменений сопротивления, даже значительного отклонения сопротивления.В цепях с постоянными требованиями к току это полезно.

 

2. Как работает источник постоянного тока?

 

(светодиодный источник света)

https://en.wikipedia.org/wiki/Current_source#/media/File:Const_cur_src_113.svg

 

Электрогенераторы с источниками постоянного тока имеют высокое внутреннее сопротивление по сравнению с их нагрузками с высоким сопротивлением. Он может поддерживать непрерывный ток даже при нагрузке, сопротивление которой колеблется в широких пределах, так как его внутреннее сопротивление велико.

Соответственно, источник постоянного тока работает в соответствии с делением тока. Из-за высокого внутреннего сопротивления и низкого сопротивления нагрузки ток проходит по кратчайшему пути с наименьшим сопротивлением. Ток течет от источника тока (с высоким внутренним сопротивлением) к нагрузке с меньшим сопротивлением.

 

3. Способы построения цепей постоянного тока

 

Транзисторный активный источник постоянного тока Основы

 

(Уравнение для приведенного ниже примера решения схемы с напряжением батареи 5 В)

 

В приведенном выше уравнении мы используем значение мА, равное 100.Схема обеспечивает подачу постоянного тока 100 мА с использованием источника питания 5 В. Кроме того, он будет иметь потенциометр для управления последним выходным сигналом от одного до ста мА. Несмотря на изменения сопротивления нагрузки, он будет поддерживать постоянный ток. Это можно использовать в цепях, которым требуется постоянная подача тока без колебаний.

 

Простая стабилизированная схема источника рабочего тока

 

(Это схема активного источника тока транзистора.)

 

Любые проблемы с током, возникающие из-за изменений напряжения источника, можно легко решить, заменив несколько электронных компонентов в первичной цепи активного устройства. В качестве альтернативы вы можете использовать диод опорного напряжения или стабилитрон вместо R1.

 

Цепь постоянного тока LM334, TL431 и LM317

 

(Это схема источника постоянного тока, в которой используется регулятор напряжения LM317)

 

Одним из самых стабильных источников постоянного тока является LM344.Этот источник тока имеет три клеммы и может работать при уровне тока от 1 мкА до 10 мА, что определяется сбросом внешнего резистора. Как надежный двухконтактный источник тока, он не требует подключения дополнительных компонентов питания. Кроме того, он может работать как датчик температуры. К сожалению, LM334 может выдавать только 10 мА.

Помимо того, что LM317 является регулятором напряжения, он также является стабильным источником постоянного тока. Можно создать максимальный ток 1 ампер, используя только три контакта.

Небольшие пакеты TO-92 обычно содержат часть TL431. TL431A можно рассматривать как переменную с температурной компенсацией, и это устройство также может функционировать как источник постоянного тока и опорное/источник напряжения.

Не забывайте всегда измерять входное напряжение, переключающие узлы, а также выходное напряжение перед использованием.

 

4. Цепь постоянного тока, зависящая от температуры

 

(Выше показана схема источника активного тока на термокомпенсированном транзисторе)

 

Активные источники тока в некоторой степени зависят от температуры, что является одним из их основных недостатков.Хотя это, вероятно, не имеет большого значения для многих приложений, температурные характеристики будут иметь решающее значение для контроля окружающей среды.

Изменения происходят двумя основными способами:

 

Влияние температуры на колебания Vbe

 

Температура на Vbe составляет приблизительно -2 мВ/°C, и из-за этого происходит изменение Vce. Следующее соотношение является приблизительным: *Vbe приблизительно равно -0,0001ΔVce. Имейте в виду, что схема чувствительна к изменениям температуры окружающей среды.

Рекомендуется использовать достаточно большое сопротивление эмиттерного резистора. Это связано с тем, что сделка гарантирует изменение напряжения эмиттера менее чем на десятки милливольт. И это также влияет только на долю общего напряжения эмиттера. Для того чтобы коллекторы все еще имели достаточное напряжение между собой, важно, чтобы оба тока проходили через них и чтобы колебания напряжения питания адекватно поглощались.

 

Температура и колебания β

 

Когда у транзистора значение β/Hfe, это может не быть серьезной проблемой.При этом влияние тока базы на эмиттерный ток уменьшается, и вариация уменьшается в наибольшей степени.

 

5. Применение цепи постоянного тока

 

Для операций, связанных с управлением светодиодами в системе светодиодного освещения, должен быть постоянный источник тока. Вы используете источник постоянного тока в цепях зарядки аккумуляторов, а также в портативных устройствах. Вы будете использовать источник постоянного тока в нескольких приложениях, в том числе:

  • Системы усиления звука.
  • Система солнечной энергетики.
  • Электромагнитные поля.
  • Двигатель, поддерживающий постоянную скорость.
  • Датчики, измеряющие эффект Холла.
  • Цепь регулятора смещения стабилитрона

 

Заключительные мысли

 

Цепь источника постоянного тока состоит из источника постоянного тока, подключенного к нагрузке, которую он питает, и представляет собой цепь зависимости от температуры. Непрерывный ток будет течь всегда, независимо от сопротивления или напряжения мешка.

Кроме того, мы обсудили все тонкости работы с постоянным током.

Мы будем рады ответить на любые дополнительные вопросы, которые могут у вас возникнуть, и предоставить вам конкретные рекомендации по мере необходимости. Пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам с любыми проблемами.

 

 

Постоянное напряжение и постоянный ток | Tech

Источник питания — это устройство, которое подает электрическую энергию на нагрузку, и бывает двух типов: источники напряжения и источники тока.В общем случае под источником питания часто понимают источник напряжения, но существуют и источники тока, подающие ток.
Силовая цепь, преобразующая поступающую электроэнергию в требуемую форму и выдающая ее, называется «силовой цепью». Схемы электропитания можно условно разделить на «источники постоянного напряжения» и «источники постоянного тока».

Источник постоянного напряжения

Источник питания постоянного напряжения — это силовая цепь, которая регулирует выходное напряжение на постоянном уровне.Он всегда обеспечивает постоянное напряжение независимо от нагрузки и широко используется в источниках питания для электронных схем.
Большинство электронных схем рассчитаны на работу при постоянном напряжении, поскольку они не могут работать должным образом, если напряжение колеблется непреднамеренным образом.

Источники постоянного тока

Источник питания постоянного тока, с другой стороны, представляет собой схему источника питания, которая регулирует выходной ток на постоянном уровне. Источники постоянного тока используются для питания светодиодного освещения и зарядки аккумуляторных батарей.
Яркость светодиодного освещения определяется текущим значением, поэтому, если текущее значение колеблется, соответственно изменится и яркость. Это не столько проблема для маленьких светодиодных экранов, сколько для больших светильников видно изменение яркости, поэтому требуется стабильный ток.
Также при зарядке аккумуляторов напряжение и ток не пропорциональны из-за характеристик аккумуляторов. Поэтому используется источник питания постоянного тока, чтобы ток подавался независимо от напряжения, подаваемого на батарею.

Преобразование между источником напряжения и источником тока

Источники напряжения и тока могут быть эквивалентно преобразованы друг в друга. Когда напряжение, приложенное к нагрузке, и ток, протекающий через нагрузку, одинаковы, источник напряжения и источник тока функционируют как имеющие одинаковое значение и функцию.
Другими словами, источник напряжения можно эквивалентно преобразовать в источник тока, выполняющий ту же работу для нагрузки, а источник тока можно эквивалентно преобразовать в источник напряжения, выполняющий ту же работу для нагрузки.

Переменный импульсный источник питания

Некоторые блоки питания являются «импульсными источниками питания с переменным переключением», которые могут переключать режимы для включения различных выходов. В дополнение к режиму постоянного напряжения (CV) и режиму постоянного тока (CC), режим постоянной мощности (CP), режим постоянного сопротивления (CR) и т. д. доступны для обеспечения выходного сигнала в соответствии с приложением.

Схема источника постоянного напряжения показана ниже. Источник напряжения содержит источник питания и внутренние резисторы, которые соединены последовательно с источником питания.Напряжение на клеммах V L выражается следующим уравнением.

Следовательно, когда внутреннее сопротивление r 0 достаточно мало по сравнению с сопротивлением нагрузки R L , V L ≒E 0 . Это приводит к постоянному напряжению на клеммах V L независимо от тока нагрузки I L .

Схема источника постоянного тока показана ниже. Внутреннее сопротивление источника постоянного тока параллельно источнику питания.Выходной ток I L выражается следующим уравнением.

Когда внутреннее сопротивление r 0 равно ∞, I L ≒I 0 . Это делает ток нагрузки I L постоянным.

Источник питания, который имеет такой механизм, как поддержание постоянного напряжения V L и I L , называется источником питания со стабилизацией постоянного тока.
Типы регулируемых источников питания постоянного тока включают «последовательно регулируемые источники питания», в которых цепь управления вставлена ​​между входом и выходом для стабилизации напряжения и тока, и «импульсные источники питания», в которых высокая частота создается путем поворота вход выключается и включается, а затем выпрямляется и контролируется для стабилизации.Источники питания постоянного тока
с регулируемым напряжением подразделяются на «источники постоянного напряжения постоянного тока», чье выходное напряжение стабильно даже при изменении нагрузки, и «источники постоянного тока постоянного тока», чей выходной ток стабилен.
Программируемые источники питания постоянного тока автоматически переключаются в режим постоянного напряжения (CV) или в режим постоянного тока (CC) в зависимости от настроек напряжения и тока и подключенной нагрузки.
Для получения дополнительной информации о достоинствах и недостатках источников питания постоянного тока в зависимости от метода управления и продуктов, с которыми они работают, перейдите по ссылкам ниже.

Связанные технические статьи

Рекомендуемые продукты

Источники питания постоянного тока Matsusada Precision доступны как источники питания постоянного напряжения (режим CV) и источники питания постоянного тока (режим CC), в зависимости от настройки.

Генератор постоянного тока

Генератор постоянного тока
Следующая: Двигатель переменного тока Вверх: Магнитная индукция Предыдущий: Генератор переменного тока Наиболее распространенные электроприборы ( e.грамм. , электрические лампочки и электрические нагревательные элементы) отлично работают от сети переменного тока. Однако есть некоторые ситуации, в которых питание постоянного тока предпочтительнее. Например, небольшие электрические двигатели (, например, , те, что приводят в действие кухонные миксеры и пылесосы) очень хорошо работают на переменном токе электричество, но очень большие электродвигатели ( например , те которые питают поезда метро) обычно намного лучше работают на электричестве постоянного тока. Разрешите нам исследовать, как можно генерировать электричество постоянного тока.
Рисунок 41: Коллектор с разъемным кольцом.

Простой генератор постоянного тока состоит из тех же основных элементов, что и простой Генератор переменного тока: т. е. , многовитковая катушка, равномерно вращающаяся в магнитном поле. Основное различие между генератором постоянного тока и генератором переменного тока заключается в способом, которым вращающаяся катушка подключена к внешней цепи содержащие нагрузку. В генераторе переменного тока оба конца катушки соединены для отдельных токосъемных колец, которые вращаются вместе с катушкой и соединены с внешний контур через проволочные щетки.Таким образом, ЭДС видимая по внешней цепи всегда такая же, как и ЭДС генерируются вокруг вращающегося катушка. В генераторе постоянного тока два конца катушки прикреплены к разным половинам. одинарного разрезного кольца, которое вращается вместе с катушкой. Разрезное кольцо подключено к внешний контур с помощью металлических щеток — см. рис. 41. Это сочетание вращающегося разрезного кольца и неподвижных металлических щеток. называется коммутатором . Цель коммутатора состоит в том, чтобы гарантировать, что ЭДС видно по внешней цепи равна ЭДС генерируются вокруг вращающегося катушки для половина периода вращения, но равна минус этой ЭДС для другая половина (поскольку связь между внешней цепью и вращающимся катушка реверсируется коммутатором каждые полпериода вращения).То положения металлических щеток можно отрегулировать таким образом, чтобы соединение между вращающаяся катушка и внешняя цепь меняются местами всякий раз, когда ЭДС генерируемое вокруг катушки проходит через ноль. В этом особом случае ЭДС, наблюдаемая во внешней цепи, просто

(218)

На рис. 42 показано построен как функция время по приведенной выше формуле. Изменение ЭДС со временем равно очень похож на генератор переменного тока, за исключением того, что всякий раз, когда генератор переменного тока будет производить отрицательную ЭДС коммутатора в генераторе постоянного тока реверсирует полярность катушки по отношению к внешней цепи, чтобы отрицательный половина сигнала переменного тока инвертируется и становится положительным.Результат — ухабистый прямая ЭДС, которая возрастает и опускается, но никогда не меняет направление. Этот тип пульсирующую ЭДС можно сгладить, используя более одной катушки, вращающейся вокруг той же оси или другими электрическими методами, чтобы дать хорошую имитацию постоянный ток от аккумулятора. Генератор в автомобиле ( т.е. , генератор постоянного тока, который заряжает аккумулятор) является распространенным примером. генератора постоянного тока рассмотренного выше типа. Конечно, в генераторе переменного тока внешний крутящий момент необходим для вращения. катушка обеспечивается двигателем автомобиля.
Рисунок 42: ЭДС, генерируемая в постоянно вращающемся постоянном токе генератор.


Следующая: Двигатель переменного тока Вверх: Магнитная индукция Предыдущий: Генератор переменного тока
Ричард Фицпатрик 2007-07-14
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.