Двунаправленные стабилизаторы тока
Стабилизатор для лабораторного блока питания с защитой по току
Регулируемый стабилизатор тока 0,45..1,1А
Стабилизатор тока на TL431
Стабилизатор тока на LM317 (КР142ЕН12)
Стабилизатор тока для оптрона
Маломощные стабилизаторы тока на полевых транзисторах
Маломощные стабилизаторы тока на полевых транзисторах
Ниже представлены схемы генераторов тока на полевых транзисторах, собранные из периодической литературы.
Для схемы изображенной на рис.1 а), в) сопротивление резистора определяется из соотношения:
где U0 — напряжение, соответствующее точке перегиба передаточной характеристике (рис.2), I0 — ток стока при отсутствии напряжения на затворе.
Выходное сопротивление схемы составляет единицы МОм, для увеличения выходного сопротивления до десятков МОм можно воспользоваться схемой из двух полевых транзисторов (для нормальной работы стабилизатора на рис. 3б) необходимо, чтобы напряжение отсечки транзистора V1 было больше, чем у V2 и наоборот для рис. 3а):
Общий недостаток схем на полевых транзисторах — ток стабилизации можно определить только экспериментально из-за большого разброса параметров последних. Тем не менее в упрощенном виде ток стабилизации может быть определен выражением:
где Uотс — напряжение отсечки ПТ, S — крутизна его входной характеристики, Rи — сопротивление резистора в цепи истока.
В качестве примера, для КП303 (рис.1 а): U0 = 4В, I0 = 9мА, R1 = 3 кОм ток стабилизации составляет 1..1,1мА при изменении напряжения от 4 до 24 В).
Для стабилизации микротоков значение SRи>>1, следовательно:
Справочно:
- Напряжением отсечки полевых транзисторов принято считать напряжение между затвором и истоком, при котором ток стока равен 10 мкА.
- Минимально допустимый ток стабилизации ограничен током утечки затвора и конечной проводимостью канала закрытого транзистора, а также токами утечки других деталей цепи и монтажа. Практически можно говорить о минимальном токе порядка 100 нА. Максимальный ток стабилизации ограничен параметрами примененного транзистора.
Для схемы изображенной на рис.1 б) [2] ток стабилизации составляет 100 мкА и определяется резистором R1 при напряжении питании 10В. График зависимости тока стабилизации от питающего напряжения приведен ниже:
В схеме могут быть применены полевые транзисторы из серии КП306, необходимо выбирать экземпляры с возможно меньшим напряжением отсечки и большей крутизной.
Литература:
- Радио, №1/1978 с.39,40; 2/1978 с.44,45 «Источники тока и их применение»
- Радио, №7/1911 с.36,37 «Стабилизатор тока на полевом транзисторе с двумя затворами»
- Радио, №2/1974 с.59
- Радио, №9/1978 с.40-41 «Стабилизация микротока на полевых транзисторах»
Стабилизатор тока для оптрона
Предложенная схема позволяет стабилизировать ток в цепи светодиода оптрона на уровне 15 мА в широком диапазоне управляющего напряжения. Ток устанавливаться резистором R2.
Стабилизатор тока на LM317 (КР142ЕН12)
Микросхема позволяет конструировать несложные, но при этом достаточно мощные стабилизаторы тока, правда с низким КПД. Подобные драйверы находят широкое применение, в том числе в узлах защиты БП и LED драйверах.
Ниже приведены схемы «умощнения» стабилизатора на больший, чем 1,5 А ток:
Примеры построение драйверов для LED на LM317 из сети (Схемы взяты из сети, обратите внимание на комментарии под ними):
Стабилизатор тока на TL431
Микросхема TL431 позволяет строить простые стабилизаторы с минимумом дискретных элементов. Ток стабилизации от единиц миллиампер до нескольких ампер.
В соответствии с datasheet типовыми схемами включения TL431 в режиме стабилизации тока являются две схемы:
При построении стабилизаторов тока по данным схемам необходимо учитывать, что минимальный/максимальный ток через микросхему составляет соответственно 1 мА/100 мА, а входное напряжение не превышать 36 В.
Для «умощнения» нагрузочных способностей микросхемы можно воспользоваться следующими решениями (модификация схемы на рис.2):
На данных схемах в качестве T1 используется маломощный транзистор желательно с как можно большим коэффициентом усиления (например, КТ3102 или аналоги), в качестве Т2 мощные транзисторы в зависимости от необходимого тока стабилизации.
Пример применения стабилизатора тока на TL431 в тестере для стабилитронов
Двунаправленные стабилизаторы тока
Приведённые схемы стабилизаторов тока могут работать при любой полярности подводимого напряжения.
На рисунке 1 приведена схема стабилизатора тока на полевом транзисторе, включенного в диагональ диодного моста. При использовании данной схемы необходимо учитывать, что напряжение начала стабилизации тока становится больше на напряжение падения на двух диодах, которые оказываются включены в прямом направлении.
При использовании схемы изображённой на рисунке 2 напряжение начала стабилизации уменьшено (по сравнению с рис.1), так как последовательно с каналом полевого транзистора оказывается включенным только 1 диод. Однако такой стабилизатор имеет сниженный коэффициент стабилизации тока из-за ослабления ООС делением напряжения резисторами R1, R2.
Схема, освобожденная от указанного выше недостатка в части ослабления коэффициента стабилизации, изображена на рисунке 3.
На рисунке 4 изображена схема с повышенным коэффициентом стабилизации тока.
Схемы 1-4 позволяют стабилизировать ток величиной в несколько миллиампер, в целом он определяется начальным током стока используемых транзисторов.
Более мощный стабилизатор тока изображен на рисунке 5, где ток стабилизации может определяться уже током коллектора биполярного транзистора.
Простые стабилизаторы (рисунок 6-10) получаются при их построении на основе p-n переходов транзисторов, выполняющих роль диодов.
На рисунке 11 приведен пример применения стабилизатора тока в генераторе треугольных импульсов.
Во всех описанных стабилизаторах можно использовать полевые транзисторы серии КП103, биполярные транзисторы серий КТ502, КТ503, диоды серий КД521, КД522. Для получения максимально симметричной ВАХ пары транзисторов необходимо подбирать с одинаковыми характеристиками, а ещё лучше использовать транзисторные и диодные сборки: К542, КДС111, КДС523, КДС526, КДС627, КР504, КР159, КР162, КР198.
Налаживание стабилизаторов заключается в подборке соответствующих токозадающих резисторов с целью получения номинального тока стабилизации в рабочем интервале приложенного напряжения.
В [2] описана усовершенствованная схема стабилизатора тока 1..40 мА на биполярный транзисторах и светодиодах:
Устройство можно запитывать напряжением от 12 до 300В.
Ток стабилизации задается резисторами R1 и R2, которые рассчитываются следующим образом: Iст=2(Uсд-Uбэ)/Rэ, где Uсд — напряжение падения напряжения на светодиодах, Uбэ — напряжение на эмиттерном переходе (для кремниевого транзистора ~0,6..0,7В), Rэ — сопротивление R1 (R2).
Конденсатор С1 должен быть минимально возможной емкости, обеспечивающим работу (запуск) стабилизатора. транзисторы можно выбирать исходя из начального напряжения, например, до 100 В — КТ814Г / КТ815Г, а при снижении тока стабилизации — любые маломощные.
Источник:
- О.Ильин, Двунаправленные стабилизаторы тока. — Радио, 2012, №6 с.28-30
- К.Мороз Генератор тока. — Радио, 2013, №4, с.43
Стабилизатор для лабораторного блока питания с защитой по току
Предлагаемый стабилизатор имеет возможность регулировки выходного напряжения от 0 до 25В и токе нагрузки до 3А, что в большинстве случаев достаточно для использования в домашней лаборатории.
В качестве регулятора выходного напряжения выступает составной транзистор VT2VT3, управляемый операционным усилителем (ОУ) DA1. На инвертирующий вход ОУ подается напряжение, пропорциональное выходному, а на не инвертирующий — часть образцового с движка переменного резистора R7, которым регулируется выходное напряжение стабилизатора.
Защита от превышения тока нагрузки собрана на проволочном резисторе R1. При увеличении тока через нагрузку увеличивается падение напряжения на резисторе, в следствии чего начинает открываться транзистор VT1. В результате открытия транзистора загорается светодиод HL1, сигнализирующий о перегрузке. Также увеличивается напряжение на инвертирующем входе, что в свою очередь приводит к ограничению тока через нагрузку на установленном резистором R3 уровне. Выходной транзистор необходимо обязательно установить на теплоотвод площадью 150-200см2.
Для повышения стабильности работы стабилизатора резистор R6 можно заменить стабилизатором тока на 10..20мА на полевом транзисторе.