Стабилизатор тока на полевом транзисторе

Стабилизатор напряжения с применением транзистора

Что такое стабилизатор напряжения

Если дополнить конструкцию со стабилитроном эмиттерным повторителем, получится параметрический стабилизатор на транзисторе и стабилитроне с лучшими параметрами в отношении тока нагрузки.

В данной схеме напряжение на нагрузке определяется разностью между падением на стабилитроне и переходе база-эмиттер. Стабилизация происходит потому, что разность потенциалов перехода база-эмиттер слабо зависит от тока эмиттера.

Включение усилительного элемента позволяет увеличить ток нагрузки в Вst раз, где Вst – статический коэффициент передачи. Используя составной элемент (схема Дарлингтона), можно еще больше увеличить допустимый ток нагрузки до нескольких ампер.

Схема Дарлингтона

Схема параметрического стабилизатора напряжения на транзисторе обладает недостатками. Некоторая нестабильность напряжения на переходе база-эмиттер ухудшает коэффициент стабилизации конструкции в целом. Снижение мощности нагрузки ниже определенного минимума вызывает повышение выходного напряжения (для кремниевых компонентов на 0.6 Вольт, поскольку ток базы становится равным нулю).

Полевые транзисторы в стабилизаторах тока

Стабилизаторы тока предназначены для поддержания параметров тока на определенном уровне. Благодаря этим свойствам, данные приборы успешно используются во многих электронных схемах. Чтобы понять принцип действия, следует рассмотреть некоторые теоретические вопросы. Известно, что в идеальном источнике тока присутствует ЭДС, стремящаяся к бесконечности и бесконечно большое внутреннее сопротивление. За счет этого удается получить ток с требуемыми параметрами, независимо от сопротивления нагрузки.

Идеальный источник способен создавать ток, остающийся на одном уровне, несмотря на изменяющееся сопротивление нагрузки в диапазоне от короткого замыкания до бесконечности. Для поддержания значения тока на неизменном уровне, величина ЭДС должна изменяться, начиная от величины больше нуля и до бесконечности. Основным свойством источника, позволяющим получать стабильное значение тока, является изменение сопротивления нагрузки и ЭДС таким образом, чтобы значение тока оставалось на одном и том же уровне.

Но, на практике поддержка источником требуемого уровня тока происходит в ограниченном диапазоне напряжения, возникающего на нагрузке. Реальные источники тока используются вместе с источниками напряжения. К таким источникам относится обычная сеть на 220 вольт, а также аккумуляторы, блоки питания, генераторы, солнечные батареи, поставляющие потребителям электрическую энергию. С каждым из них может быть последовательно включен стабилизатор тока на полевом транзисторе, выход которого выполняет функцию источника тока.

Простейшая конструкция стабилизатора состоит из двухвыводного компонента, с помощью которого происходит ограничение протекающего через него тока, до необходимых параметров, устанавливаемых изготовителем. Своим внешним видом он напоминает диод малой мощности, поэтому данные приборы известны как диодные стабилизаторы тока.

Мультиметр: назначение, виды, обозначение, маркировка, что можно измерить мультиметром

Стабилизаторы напряжения переменного тока: принцип работы + схемы

Стабилизатор тока на транзисторе

Топ лучших мультиметров

Как мультиметром проверить транзистор

Работа стабилизаторов тока

Качественное питание всех электротехнических устройств можно гарантированно обеспечить лишь, используя стабилизатор тока. С его помощью компенсируются скачки и перепады в сети, увеличивается срок эксплуатации приборов и оборудования.

Основной функцией стабилизатора является автоматическая поддержка тока потребителя с точно заданными параметрами. Кроме скачков тока, удается компенсировать изменяющуюся мощность нагрузки и температуру окружающей среды. Например, с увеличением мощности, потребляемой оборудованием, произойдет соответствующее изменение потребляемого тока. В результате, произойдет падение напряжения на сопротивлении проводки и источника тока. То есть, с увеличением внутреннего сопротивления, будут более заметны изменения напряжения при увеличении токовой нагрузки.

В состав компенсационного стабилизатора тока с автоматической регулировкой входит цепь отрицательной обратной связи. Изменение соответствующих параметров регулирующего элемента позволяет достичь необходимой стабилизации. На элемент оказывает воздействие импульс обратной связи. Данное явление известно, как функция выходного тока. В зависимости от регулировок, стабилизаторы разделяются на непрерывные, импульсные и смешанные.

Среди множества стабилизаторов очень популярны стабилизаторы тока на полевых транзисторах. Подключение транзистора в данной схеме осуществляется последовательно сопротивлению нагрузки. Это приводит к незначительным изменениям тока нагрузки, в то время, как входное напряжение подвержено существенным изменениям.

↑ Общие рекомендации

Ввиду высоких напряжений и влияния утечек, промывка платы совершенно необходима. Между деталями и платой должен быть небольшой зазор. После настройки платы желательно покрыть её со стороны фольги слоем лака «Plastik» или аналогичным.

Делитель R1R2 позволяет плавно регулировать напряжение на нагрузке и гасить, при необходимости, лишнее напряжение. В усилителе для наушников я погасил примерно 50 В. Это проще, чем менять силовой трансформатор. Плавная подача напряжения полезна для ламп и сглаживает переходные процессы.

Надо отметить, что замыкания в нагрузке недопустимы – транзистор фильтра моментально выйдет из строя. На время предварительной настройки, если нет уверенности в монтаже усилителя и исправности элементов, фильтр даже можно заменить постоянным резистором, например, МЛТ-2. Для данного усилителя при токе потребления 0,1 А и падении напряжения на фильтре 20 В, годится резистор МЛТ-2 200 Ом.

Изготовление универсальных плат фильтров «впрок» я считаю простым и полезным. Платы не нуждаются в настройке. Требуется только отформовать конденсаторы, особенно если они новые и проверить входное и выходное напряжение, а при необходимости – подстроить последнее.

Просмотр напряжений на входе и выходе фильтра желателен. Во избежание выхода осциллографа из строя, напряжение надо подавать на его закрытый вход.

Заодно выяснилось, что разделительный конденсатор на входе С1-94 обладает утечкой, поэтому для наблюдения на пределе «10 мВ» пришлось включать его через дополнительную качественную (конечно, не «электролит») ёмкость с полипропиленовым диэлектриком.

Стабилизаторы тока на микросхемах

Применение такой элементной базы несколько увеличивает себестоимость проекта. Однако использование качественных микросхем обеспечивает хорошие стабилизационные характеристики в широком диапазоне входных параметров. С учетом хороших показателей эффективности можно рассчитывать на небольшое потребление электроэнергии.

TL431

В левой части рисунка показана схема типового подключения микросхемы TL 431 (DA1). Отмечена главная функция – поддержание напряжения 2,5 V на контрольном резисторе.

Такая конструкция пригодна для последовательного подключения нескольких десятков светодиодов суммарной мощностью 12-14 Вт. Силовые компоненты подбирают с учетом реальных потребностей. В представленном примере падение напряжения на транзисторе составит 25-35V. Рассеивается не более 1,75 Вт. В таком варианте радиатор не требуется.

Резистор на входе (R3) предотвращает повреждение конденсатора при включении блока в сеть. Ток в нагрузке ограничивает безопасным уровнем сопротивление R3. При выборе светодиодов специалисты рекомендуют делать запас по мощности, чтобы продлить срок службы одновременно с уменьшением тепловыделения.

LM7805, LM7812

В представленном ниже варианте схемотехники следует повысить входное напряжение. Его уровень должен быть больше на 2,5-3V, чем номинал стабилизации данной микросхемы.

В примере показан стабилизатор напряжения постоянного тока, который рассчитан на 9-11 Вт подключаемой нагрузки.

LM317

При подключении нагрузки 28-30 Вт эта микросхема обеспечивает стабилизацию тока 100 мА. Диапазон входного напряжения – от 207 до 240 V.

В таблице на рисунке представлены значения регулировочного резистора, соответствующие определенным выходным параметрам.

При выборе подходящей схемы следует учесть в комплексе:

минимальные и максимальные напряжения в цепи питания;
точность стабилизации;
эффективность устройства;
сложность изготовления определенной конструкции собственными руками;
стоимость комплектующих деталей, расходных материалов.

Заранее рекомендуется подготовить перечень инструментов, приспособлений, измерительных приборов. Аккуратное выполнение рассмотренных выше инструкций поможет создать функциональный стабилизатор без ошибок и лишних затрат.

Что за источник тока?

Источники стабилизированного тока занимают видное место в заданиях по анализу цепей и теориях цепей, а затем, кажется, они более или менее исчезают… если вы не разработчик микросхем. Хотя источники тока редко встречаются в типовых проектах печатных плат, они широко распространены в мире аналоговых микросхем. Это потому, что они используются 1) для смещения и 2) в качестве активных нагрузок.

Смещение: транзисторы, работающие как усилители в линейном режиме, должны быть смещены так, чтобы они работали в нужной части своей передаточной характеристики. Лучший способ реализовать это в контексте разработки микросхем – это заставить заданный ток течь через сток транзистора (для MOSFET) или коллектора (для биполярного транзистора). Этот заранее определенный ток должен быть стабильным и независимым от напряжения на компоненте источника тока. Конечно, ни одна реальная схема никогда не будет абсолютно стабильной или абсолютно невосприимчивой к изменениям напряжения, но, как это обычно бывает в инженерном деле, совершенство не совсем необходимо.
Активные нагрузки: В схемах усилителей вместо коллекторных/стоковых резисторов могут использоваться источники тока. Эти «активные нагрузки» обеспечивают более высокий коэффициент усиления по напряжению и позволяют цепи работать должным образом при более низком напряжении питания. Кроме того, технология изготовления микросхем отдает предпочтение транзисторам по сравнению с резисторами.

В данной статье я буду ссылаться на выход источника тока как на «ток смещения» или I_смещ, потому что я считаю, что использование в качестве смещения является более простым средством для изучения основных функций этой схемы.

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ С СИГНАЛИЗАЦИЕЙ ПЕРЕГРУЗКИ

Звуковая сигнализация позволяет пользователю быстро среагировать на аварийную ситуацию, если при экспериментах с различной радиоэлектронной аппаратурой возникла перегрузка источника питания. Схема источника питания с звуковым сигнализатором превышения потребления тока показана на рисунке.

Выпрямитель на диодах VD1—VD4 питается от трансформатора, вторичная обметка которого рассчитана на напряжение 18 В при токе нагрузки не менее 1 А, Регулируемый стабилизатор напряжения выполнен на транзисторах VT2 — VT5 по известной схеме. Переменным резистором R3 на выходе стабилизатора может быть установлено напряжение от 0 до +15 В.

Сборка стабилизатора тока из двух транзисторов

В этой схеме функции датчика выполняет резистор R2. Его номинал при подключении светодиодов выбирают с помощью формулы:

0,6/ Iн (ток в нагрузке).

Увеличение Iн открывает VT2, который, в свою очередь, запирает переход транзистора VT1.

Недостатком схемы специалисты считают существенное падение напряжения на основном транзисторе. При подключении нескольких светодиодов проблемы не возникают. Однако по мере увеличения нагрузки приходится ставить VT1 на крупный радиатор, обеспечивать эффективную вентиляцию рабочего объема. Подобные решения используют для создания мощных зарядных устройств.

Схема регулятора напряжения и тока

Прежде чем рассматривать схему регулятора напряжения, необходимо хотя-бы в общих чертах ознакомиться с принципом его работы. В качестве примера можно взять тиристорный регулятор напряжения, широко распространенный во многих схемах.

Основной деталью таких устройств, как регулятор сварочного тока является тиристор, который считается одним из мощных полупроводниковых устройств. Лучше всего он подходит для преобразователей энергии с высокой мощностью. Управление этим прибором имеет свою специфику: он открывается импульсом тока, а закрывается при падении тока почти до нулевой отметки, то есть ниже тока удержания. В связи с этим, тиристоры преимущественно используются для работы с переменным током.

Регулировать переменное напряжение с помощью тиристоров можно разными способами. Один из них основан на пропуске или запрете целых периодов или полупериодов на выход регулятора. В другом случае тиристор включается не в начале полупериода напряжения, а с небольшой задержкой. В это время напряжение на выходе будет нулевым, соответственно мощность не будет передаваться на выход. Во второй части полупериода тиристором уже будет проводиться ток и на выходе регулятора появится напряжение.

Время задержки известно еще и как угол открытия тиристора. Если он имеет нулевое значение, все входное напряжение будет попадать на выход, а падение напряжения на открытом тиристоре будет потеряно. Когда угол начинает увеличиваться, под действием тиристорного регулятора выходное напряжение будет снижаться. Следовательно, если угол, равен 90 электрическим градусам, на выходе будет лишь половина входного напряжения, если же угол составляет 180 градусов – выходное напряжение будет нулевым.

Принципы фазового регулирования позволяют создать не только регулятор тока и напряжения для зарядного устройства, но и схемы стабилизации, регулирования, а также плавного пуска. В последнем случае напряжение повышается постепенно, от нулевой отметки до максимального значения.

На основе физических свойств тиристоров была создана классическая схема регулятора тока. В случае применения охладителей для диодов и тиристора, полученный регулятор сможет отдавать в нагрузку до 10 А. Таким образом, при напряжении 220 вольт появляется возможность регулировки напряжения на нагрузке, мощностью 2,2 кВт.

Подобные устройства состоят всего из двух силовых компонентов – тиристора и диодного моста, рассчитанных на ток 10 А и напряжение 400 В. Диодный мост осуществляет превращение переменного напряжения в однополярное пульсирующее напряжение. Фазовая регулировка полупериодов выполняется с помощью тиристора.

Для параметрического стабилизатора, ограничивающего напряжение, используется два резистора и стабилитрон. Это напряжение подается на систему управления и составляет 15 вольт. Резисторы включаются последовательно, увеличивая тем самым пробивное напряжение и рассеиваемую мощность. На основании самых простых деталей можно легко изготовить самодельные регуляторы тока, схема которых будет довольно простой. В качестве конкретного примера стоит подробнее рассмотреть тиристорный регулятор сварочного тока.

Схема на составном транзисторе

Параметрический стабилизатор напряжения на транзисторе ограничивает ток нагрузки не только за счет допустимого тока ключевого элемента. Задолго до наступления момента предельного режима стабилизация ухудшается, поскольку ограничивается статическим коэффициентом передачи ключевого транзистора.

Увеличить ток нагрузки можно, применяя составные элементы, включенные по схеме Дарлингтона. В таком включении общий коэффициент передачи равняется произведениям коэффициентов обоих транзисторов. Мощные усилительные транзисторы Дарлингтона часто выпускаются в едином корпусе, не требуя дополнительных соединений.

Как сделать стабилизатор для светодиода своими руками

Во всех приведенных схемах стабилизаторов используется минимальное количество деталей. Поэтому самостоятельно собрать подобные конструкции сможет даже начинающий радиолюбитель освоивший навыки работы с паяльником. Особенно просты конструкции на LM317. Для их изготовления даже не нужно разрабатывать печатную плату. Достаточно припаять подходящий резистор между опорным выводом микросхемы и ее выходом.

Также к входу и выходу микросхемы нужно припаять два гибких проводника и конструкция будет готова. В случае, если с помощью стабилизатора тока на LM317 предполагается питать мощный светодиод, микросхему нужно оснастить радиатором который обеспечит отвод тепла. В качестве радиатора можно использовать небольшую алюминиевую пластинку площадью 15-20 квадратных сантиметров.

Изготавливая конструкции бустеров, в качестве дросселей можно использовать катушки фильтров различных блоков питания. Например, для этих целей хорошо подойдут ферритовые кольца от блоков питания компьютеров, на которые следует намотать несколько десятков витков эмалированного провода диаметром 0.3 мм.

Как самому изготовить стабилизатор тока для светодиодов: схемы

Иногда у автолюбителей появляется необходимость ограничить ток заряда АКБ, проверить тот или иной источник питания или пропустить напряжение через диоды. Чтобы осуществить одну из этих задач, есть смысл применить стабилизатор тока для светодиодов своими руками. Подробнее о том, какие существуют схемы для разработки данного девайса, вы узнаете ниже.

Источники тока не имеют ничего общего с источниками напряжения. Предназначение первых заключается в стабилизации выходного параметра, а также возможном изменении выходного напряжения. Это происходит так, чтобы уровень ток все время был одинаковым. Источники тока используются для запитки светодиодных ламп, заряда АКБ в авто и т.д. Если у вас возникла необходимость сделать простейший импульсный стабилизатор тока ходовых огней 12в для автомобиля своими руками, то предлагаем вашему вниманию несколько схем.

На КРЕНке

Обустройство цепи на кренке

Чтобы сделать простейший автомобильный импульсный стабилизатор тока в домашних условиях, вам потребуется микросхема 12v. Для этих целей отлично подойдет lm317. Такой стабилизатор напряжения 12 в lm317 считается регулируемым и способен функционировать с токами бортовой сети до полутора ампер. При этом показатель входного напряжения может составить до 40 вольт, lm317 в состоянии рассеивать мощность до 10 ватт. Но это возможно только в том случае, если будет соблюдаться тепловой режим.

В целом потребление тока lm317 сравнительно небольшое — в районе 8 мили ампер, и данный показатель почти никогда не изменяется. Даже в том случае, если через крен lm317 проходит другой ток или меняется показатель входного напряжение. Как вы можете понять, стабилизатор 12 в lm317 для бортовой сети авто дает возможность удерживать постоянное напряжение на компоненте R3.

Кстати, этот показатель можно регулировать благодаря использованию элемента R2, но пределы будут незначительными. В устройстве lm317 компонент R3 является устройством задающего тока. Так как показатель сопротивления lm317 всегда остается на одном и том же уровне, ток, который проходит через него, также будет стабильным (автор видео — Denis T).

Что касается входа крен lm317, ток на них составит на 8 мили ампер выше. Используя вышеописанную схему, можно разработать самый простой стабилизатор напряжения для ДХО автомобиля.

Такой девайс может применяться как устройство электронной нагрузки, источника тока для подзарядки АКБ и других целей. Нужно отметить, что интегральные девайсы током 3а или меньше довольно быстро реагируют на различные изменения импульса.

Что касается недостатков, то такие девайсы характеризуются слишком высоким сопротивлением, в результате чего придется применять мощные компоненты.

На двух транзисторах

Довольно распространенными сегодня являются стабилизаторы для бортовой сети автомобиля 12v на двух транзисторах. Одним из основных недостатков такого устройства является плохая стабильность тока, если происходят изменения в питающем напряжении вольт. Тем не менее, данная схема для бортовой сети автомобиля 12v подходит для многих задач.

Обустройство цепи на транзисторах

Ниже вы сможете ознакомиться с самой схемой. В этом случае устройством, которое раздает ток, является резистор R2. Когда данный показатель растет, соответственно растет и напряжение на данном элементе.

В том случае, если показатель составляет от 0.5 до 0.6 вольт, открывается компонент VT1. При открытии данное устройство будет закрывать элемент VT2, в результате чего ток, который проходит через VT2, начнет снижаться.

При разработке схемы можно использовать полевой транзистор Мосфет вместе VT2.

Что касается компонента VD1, то он применяется на напряжение от 8 до 15 вольт и нужен в том случае, если его уровень слишком высокий и работоспособность транзистора может быть нарушена.

Если транзистор мощный, то показатель напряжения в сети авто может составить около 20 вольт. Необходимо помнить о том, что транзистор Мосфет открывается в том случае, когда показатель напряжения на затворе составит 2 вольта.

Если вы используете универсальный выпрямитель для заряда АКБ или других задач, то вам вполне хватит работы транзистора и резистора R1.

Простой стабилизатор тока на транзисторе

Параметры компонентов и рабочие характеристики схемы:

R1 выбирают 1-15 Ом;
R2 – от 150 до 250 Ом;
D1 – стабилитрон или резистор подходящего номинала;
Q1 – КТ 818 или аналог;
напряжение источника питания – от 8 до 40 V;
ток на выходе – 0,5-4,5А.

Стабилизатор тока на одном транзисторе

Пояснения:

R2 и D2 формируют стандартный делитель напряжения;
изменением потенциала на базе корректируется ток в цепи коллектора;
при подключении мощной нагрузки R1 сильно нагревается;
для точной регулировки выходных параметров устанавливают переменное сопротивление R2 (изменяют порог насыщения на соответствующем полупроводниковом переходе);
при необходимости увеличивают выходной ток с применением составного транзистора.

Если расчет сделан точно, в рабочем диапазоне стабилизация тока выполняется с минимальными потерями. Простую схему несложно изготовить собственными руками даже без предыдущего опыта сборки.

Принцип работы импульсных преобразователей

Принцип работы импульсного стабилизатора

Главный принцип работы заключается в том, что при замыкании регулирующего элемента электроэнергия накапливается в интегрирующем элементе. Это накопление наблюдается повышением напряжения. После того, когда регулирующий элемент отключается, т.е. размыкает линию подачи электричества, интегрирующий компонент отдает электричество, постепенно снижая величину напряжения. Благодаря такому способу работы импульсное стабилизационное устройство не тратит большого количества энергии и может иметь небольшие габариты.

Регулирующий элемент может представлять собой тиристор, биполярный транзитор или полевой транзистор. В качестве интегрирующих элементов могут использоваться дроссели, аккумуляторы или конденсаторы.

Заметим, что импульсные стабилизационные устройства могут работать двумя различными способами. Первый предполагает использование широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Второй — триггера Шмитта. Как ШИМ, так и триггер Шмитта используются для управления ключами стабилизационного устройства.