Стабилизатор напряжения на полевом транзисторе
Простая схема для регулировки и стабилизации напряжения показана на рисунке. Такую схему можно выполнить даже неопытному в электронике любителю. На вход подается 50 вольт, при этом на выходе получается 15,7 В.
Схема стабилизатора.
Главной деталью этого прибора стал полевой транзистор. В его качестве можно применять IRLZ 24 / 32 / 44 и аналогичные ему полупроводники. Чаще всего их изготавливают в корпусе ТО – 220 и D2 Pak. Его стоимость составляет менее одного доллара. Этот мощный полевик имеет 3 вывода. Он имеет внутреннее строение металл–изолятор–полупроводник.
Стабилизатор на микросхеме ТL 431 в корпусе ТО – 92 обеспечивает настраивание величины выходного напряжения. Мощный полевой транзистор мы оставили на охлаждающем радиаторе и проводами припаяли к монтажной плате.
Напряжение на входе для такой схемы 6-50 В. На выходе получаем от 3 до 27 В, с возможностью регулировки переменным сопротивлением на 33 кОм.
Выравнивающие конденсаторы С1, С2 емкостью от 10 до 22 мкФ, С2 – 4,7 мкФ. Без таких деталей схема будет функционировать, однако не с таким качеством, как необходимо. Нельзя забывать про допустимое напряжение электролитических конденсаторов, которые должны быть установлены на выходе и входе. Мы взяли емкости, которые выдерживают 50 В.
Такой стабилизатор способен рассеивать мощность не выше 50 Вт. Полевик необходимо монтировать на радиатор охлаждения. Его площадь целесообразно выполнять не меньше 200 см2. При установке полевика на радиатор нужно промазать место касания термопастой, для лучшего теплоотвода.
Можно применять переменный резистор на 33 кОм типа WH 06-1. Такие резисторы имеют возможность точной настройки сопротивления. Они бывают импортного и отечественного производства.
Для удобства монтажа на плату припаивают 2 колодки, вместо проводов.
Вид платы дискретных компонентов и переменного сопротивления вида СП 5-2.
Стабильность напряжения в результате получается неплохой, а напряжение выхода колеблется на несколько долей вольта долгое время. Монтажная плата получается компактных размеров и удобна в работе. Дорожки платы окрашены зеленым цапонлаком.
Мощный стабилизатор на полевике
Рассмотрим сборку схемы стабилизатора, предназначенного для блока питания большой мощности. Здесь улучшены свойства прибора с помощью мощного электронного ключа в виде полевого транзистора.
При разработке мощных силовых стабилизаторов любители чаще всего применяют специальные серии микросхем 142, и ей подобные, которые усилены несколькими транзисторами, подключенными по параллельной схеме. Поэтому получается силовой стабилизатор.
Схема такой модели прибора изображена на рисунке. В нем использован мощный полевик IRLR 2905. Он служит для переключения, однако в этой схеме он применен в линейном режиме. Полупроводник имеет незначительное сопротивление и обеспечивает ток до 30 ампер при нагревании до 100 градусов. Он нуждается в напряжении на затворе до 3 вольт. Его мощность достигает 110 ватт.
Полевиком управляет микросхема TL 431. Стабилизатор имеет следующий принцип действия. При подсоединении трансформатора на вторичной обмотке возникает переменное напряжение 13 вольт, которое выпрямляется выпрямительным мостом. На выравнивающем конденсаторе значительной емкости появляется постоянное напряжение 16 вольт.
Это напряжение проходит на сток полевого транзистора и по сопротивлению R1 идет на затвор, при этом открывая транзистор. Часть напряжения на выходе через делитель попадает на микросхему, при этом замыкая цепь ООС. Напряжение прибора повышается до тех пор, пока входное напряжение микросхемы не дойдет границы 2,5 вольт. В это время микросхема открывается, уменьшая напряжение затвора полевика, то есть, немного закрывая его, и прибор работает в режиме стабилизации.
Величина напряжения выхода устанавливается 2,5-30 вольт, путем выбора переменным сопротивлением R2, его величина может меняться в больших пределах. Емкости С1, С2, С4 дают возможность стабильному действию стабилизатора.
Для такого прибора наименьшее падение напряжения на транзисторе составляет до 3 вольт, хотя он способен работать при напряжении около нуля. Такой недостаток возникает поступлением напряжения на затвор. При малом падении напряжения полупроводник не будет открываться, так как на затворе должно быть плюсовое напряжение по отношению к истоку.
Для снижения падения напряжения цепь затвора рекомендуется подключать от отдельного выпрямителя на 5 вольт выше, чем напряжение выхода прибора.
Хорошие результаты можно получить при подключении диода VD 2 к мосту выпрямления. При этом напряжение на конденсаторе С5 повысится, так как падение напряжения на VD 2 станет ниже, чем на диодах выпрямителя. Для плавного регулирования напряжения выхода постоянное сопротивление R2 нужно заменить переменным резистором.
Величину выходного напряжения определяют по формуле: U вых = 2,5 (1+R2 / R3). Если применить транзистор IRF 840, то наименьшее значение напряжения управления на затворе станет 5 вольт. Емкости выбирают танталовые малогабаритные, сопротивления – МЛТ, С2, Р1. Выпрямительный диод с небольшим падением напряжения. Свойства трансформатора, моста выпрямления и емкости С1 подбирают по нужному напряжению выхода и тока.
Полевик рассчитан на значительные токи и мощность, для этого необходим хороший теплоотвод. Транзистор служит для монтажа на радиатор путем пайки с промежуточной пластиной из меди. К ней припаивают транзистор с остальными деталями. После монтажа пластину размещают на радиаторе. Для этого пайка не нужна, так как пластина имеет значительную площадь контакта с радиатором.
Если использовать для наружной установки микросхему П_431 С, сопротивления Р1, и чип-конденсаторы, то их располагают на печатной плате из текстолита. Плату паяют к транзистору. Настройка прибора сводится к монтажу нужного значения напряжения. Необходимо проконтролировать прибор и проверить его, имеется ли самовозбуждение на всех режимах.
Ещё две схемы ШИМ регуляторов собраны на микросхемах, предназначенных для работы в подобных устройствах. Первая конструкция в основе содержит микросхему MC34063A или MC33063A, которые предназначены для построения ключевых стабилизаторов напряжения и широко применяются в профессиональной аппаратуре.
Самая простая схема приведена на втором рисунке. Смотри следующие страницы: 1. Простые ШИМ регуляторы постоянного тока на логических элементах. 2. ШИМ регуляторы на ждущих мультивибраторах и счётчиках 3. ШИМ регуляторы на операционных усилителях.
4.
|
Уважаемые посетители! Все материалы сайта в случае их некоммерческого использования предоставляются бесплатно, хотя автор затрачивает достаточно большие средства на их обновление расширение и размещение. Если Вы хотите, чтобы автор отвечал на Ваши письма, обновлял и добавлял новые материалы — активней используйте контекстную рекламу, размещённую на страницах — для себя Вы узнаете много нового и полезного, а автору позволит частично компенсировать собственные затраты чтобы уделять ВНИМАНИЕ! Вам нужно разработать сложное электронное устройство?
Тогда Вам сюда.
|
Стабилизатор тока на полевом транзисторе
Главная › Новости
Опубликовано: 02.12.2017
Зарядка для аккумулятора. (часть2) Стабилизатор тока автоматический.Современного человека в быту и на производстве окружает большое количество электротехнических приборов и оборудования. Для устойчивой, стабильной работы всей этой техники требуется бесперебойная подача электроэнергии. Однако из-за скачков сетевого напряжения, приборы довольно часто выходят из строя. Во избежание подобных ситуаций, применяются специальные устройства, в том числе и стабилизатор тока на полевом транзисторе. Его использование гарантирует нормальную работу электротехники, предотвращает аварии и поломки.
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.
Управление полевыми транзисторами осуществляется посредством электрического поля, отсюда и появилось их название. В свою очередь электрическое поле создается под действием напряжения. Таким образом, все полевые транзисторы относятся к полупроводниковым приборам, управляемым напряжением.
Канал этих устройств открывается только с помощью напряжения. При этом, ток не протекает через входные электроды. Исключение составляет лишь незначительный ток утечки. Отсюда следует, что какие-либо затраты мощности на управление отсутствуют. Однако на практике не всегда используется статический режим, в процессе переключения транзисторов задействована некоторая частота.
В конструкцию полевого транзистора входит внутренняя переходная емкость, через которую протекает некоторое количество тока во время переключения. Поэтому для управления затрачивается незначительное количество мощности.
В состав полевого транзистора входит три электрода. Каждый из них имеет собственное название: исток, сток и затвор. На английском языке эти наименования соответственно будут выглядеть, как source, drain и gate. Канал можно сравнить с трубой, по которой движется водяной поток, соответствующий заряженным частицам. Вход потока происходит через исток. Выход заряженного потока происходит через сток. Для закрытия или открытия потока существует затвор, выполняющий функцию крана. Течение заряженных частиц возможно лишь при условии напряжения, прилагаемого между стоком и истоком. При отсутствии напряжения тока в канале также не будет.
Таким образом, чем больше значение подаваемого напряжения, тем сильнее открывается кран. Это приводит к увеличению тока в канале на участке сток-исток и уменьшению сопротивления канала. В источниках питания применяется ключевой режим работы полевых транзисторов, позволяющий полностью закрывать или открывать канал.
Схема тиристорного регулятора сварочного тока
Принципы дуговой сварки известны всем, кто сталкивался со сварочными работами. Для получения сварочного соединения, требуется создать электрическую дугу. Она возникает в том момент, когда напряжение подается между сварочным электродом и свариваемым материалом. Под действием тока дуги металл расплавляется, образуя между торцами своеобразную расплавленную ванну. Когда шов остывает, обе металлические детали оказываются крепко соединенными между собой.
В нашей стране частота переменного тока составляет 50 Гц, фазное напряжение питания – 220 В. В каждом сварочном трансформаторе имеется две обмотки – первичная и вторичная. Напряжение вторичной обмотки трансформатора или вторичное напряжение составляет 70 В.
Сварка может проводиться в ручном или автоматическом режиме. В домашних условиях, когда создан регулятор тока и напряжения своими руками, сварочные работы выполняются ручным способом. Автоматическая сварка используется в промышленном производстве при больших объемах работ.
Ручная сварка имеет ряд параметров, подлежащих изменениям и регулировкам. Прежде всего, это касается силы сварочного тока и напряжения дуги. Кроме того, может изменяться скорость электрода, его марка и диаметр, а также количество проходов, требующихся на один шов. В связи с этим, большое значение имеет правильный выбор параметров и поддержание их оптимальных значений в течение всего сварочного процесса. Только таким образом можно обеспечить качественное сварное соединение.
Изменение силы тока при сварке может выполняться различными способами. Наиболее простой из них заключается в установке пассивных элементов во вторичной цепи. В этом случае используется последовательное включение в сварочную цепь резистора или дросселя. В результате, сила тока и напряжение дуги изменяется за счет сопротивления и вызванного им падения напряжения. Дополнительные резисторы позволяют смягчить вольтамперные характеристики источника питания. Они изготавливаются из нихромовой проволоки диаметром 5-10 мм. Данный способ чаще всего используется, когда требуется изготовить регулятор тока. Однако такая конструкция обладает небольшим диапазоном регулировок и сложностями перестройки параметров.
Следующий способ регулировок связан с переключением количества витков трансформаторных обмоток. За счет этого происходит изменение коэффициента трансформации. Данные регуляторы просты в изготовлении и эксплуатации, достаточно всего лишь сделать отводы при намотке витков. Для коммутации применяется переключатель, способный выдерживать большие значения тока и напряжения.
Нередко регулировки осуществляются путем изменения магнитного потока трансформатора. Этот способ также применяется, когда необходимо сделать регулятор тока своими руками. В этом случае для регулировки используется подвижность обмоток, изменение зазора или ввод магнитного шунта.
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 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:
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.
- 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.
- 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 «током 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, следовательно, V GD = 0 В. Итак, находится ли Q 1 в отсечке, в области триода или в области насыщения? Он не может быть в отсечке, потому что, если бы ток не протекал через канал, напряжение затвора было бы равно V DD , и, таким образом, V GS было бы больше, чем пороговое напряжение V TH (мы можем смело 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 мы вспомним, что в затвор MOSFET не протекает установившийся ток, мы увидим, 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 области триода (или линейной), ток стока будет сильно зависеть от V DS . Другими словами, у нас больше нет источника тока, потому что 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-транзисторе 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 такой 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.
Источник тока на JFET
Источник тока на JFETИсточник тока на полевом транзисторе JFET
В Лекции 1 мы представили идею источника тока и упомянули, что их было немного сложнее реализовать, чем, возможно, более знакомые источник напряжения.
Теперь мы можем изучить практический способ реализации текущего
источники. Схема ниже (которая была введена в pSpice
симулятор схемы) показывает простой способ сделать это с помощью JFET (см. лекцию
Примечания стр. 86). Обратите внимание, что символ, используемый для JFET типа 2N3819,
не совсем такой же, как более широко распространенный, с которым мы столкнулись!
Минусовая клемма питания V1 (символ батареи) подключена к Земля, также известная как Node 0, представляет собой точку отсчета для любого измерения, которые мы могли бы сделать.Хотя напряжение батареи указано как 5V, pSpice позволит нам варьировать это экспериментально в любом необходимом диапазоне. Ток, развиваемый схемой, протекает в цепи стока и фактически равен Я Д . Для этого приложения светодиодный светодиод показан как нагрузка, в которой протекает постоянный ток. Это очень типичный использование для этого вида схемы; светодиод работает наиболее последовательно (давая постоянный световой поток), если ток, проходящий через него, может поддерживаться постоянна, даже если меняется напряжение питания — например, как батарея разряды.
Схема может быть описана как JFET с автосмещением: резистор истока R определяет напряжение истока затвора через соотношение V GS = -V S0 = -I Д Р
Это позволяет достичь диапазона токов, так как рабочий
условия JFET можно выбрать, выбрав значение R, которое
определяет относительные значения I D и V GS . То
анализ разработан в Лекции 7.
Использование pSpice для прогнозирования поведения схемы
pSpice может помочь нам предсказать многие аспекты поведения схемы. прежде чем мы его построим. Чтобы смоделировать напряжение-ток характеристики нелинейного устройства, такого как полевой транзистор, pSpice может использовать ряд различные математические модели. Для этого приложения JFET моделируется используя выражение на основе биномиальной аппроксимации для зависимости I D на V DS и V GS .Различные типы JFET требуют различные коэффициенты, которые будут использоваться в выражении, и они могут быть включены.
Здесь симулятор pSpice использовался для прогнозирования производительности
цепи при изменении напряжения питания в определенном диапазоне. Если дизайн
Работая правильно, мы ожидаем, что ток не зависит от V1.
pSpice использовался для прогнозирования поведения схемы при различных значениях
R, от 0 Ом до 1000 Ом. Мы ожидаем, что текущие изменения
вводятся различные значения R.
Семейство кривых, показанных выше, представляет выход pSpice. То ожидаемое значение I D (ток светодиода) отображается в зависимости от напряжение питания V1, при различных значениях R.
Мы видим, что при условии, что напряжение питания V1 лежит в пределах 5 вольт примерно до 25 вольт, ток практически не зависит от V1: он эффективно постоянный. Однако, когда V1 падает ниже примерно 5 вольт, цепь видна. выйти из строя, так как ток быстро падает.
Если бы мы использовали отдельный резистор, чтобы попытаться контролировать ток через LED, ток сильно зависел бы от V1 для всех значений.
Видно, что выбор значения R оказывает значительное влияние на
получается постоянный ток. Подходящим выбором R постоянный ток
можно получить где угодно в диапазоне от 2 до 12 мА. Глядя на
кривой для R=0, мы можем видеть, как схема на стр. 85 примечаний будет
вести себя. При этих условиях из передаточной характеристики известно
что JFET будет работать с током стока, равным I DSS (см.
конспект лекций, стр. 85). Недостатком этой очень простой схемы является
что вы застряли со значением I DSS для конкретного
транзистор, который вы выбрали, и это может значительно варьироваться от транзистора к
транзистор. Включение R придает схеме гораздо большую универсальность.
Хотя полевой транзистор JFET может обеспечить простое решение для проектирования
источник, это не лучшее решение.Дизайн может быть намного лучше
достигается с помощью биполярных транзисторов (с которыми вы познакомитесь на втором курсе), или
с помощью операционных усилителей (с которыми вы познакомитесь в лекциях 17-18 этого
курс). Используя подходящие математические модели для этих компонентов,
pSpice также может предсказать эффективность этих различных подходов.
поэтому мощный союзник для разработчиков электронных схем. Однако это
важно помнить, что полученные результаты являются настолько точными, насколько
числовые модели, используемые для представления моделируемых устройств. В реальном
цепь, производственные допуски и другие переменные (например, температура) могут
заставить реальную схему работать совершенно иначе, чем в моделировании. А
хороший дизайнер всегда будет учитывать эти возможности.
Дэвид Холберн Октябрь 2005 г.
Печать
%PDF-1.4 % 2 0 объект >поток приложение/pdf








Источник тока — Источники питания
Источники питания
Идеальный источник тока представляет собой устройство, производящее ток
i ( t ), который не зависит от напряжения на клеммах источника. Это означает, что ток источника остается равным i ( t ) независимо от
того, что подключено через клеммы источника. Если i ( t ) равно
постоянная, источник называется
источник постоянного тока .
Если на клеммах источника имеется сопротивление R , то напряжение ( Ri ). Это напряжение будет увеличиваться при больших значениях R , потому что ток остается независимым от R .С увеличением R мощность, отдаваемая источником тока, увеличивается, и это стать бесконечным, если бы R были бесконечны. Это необоснованная ситуация, это означает, что источник тока не должен быть разомкнут. То источник тока простаивает при коротком замыкании, потому что напряжение на его клеммы равны нулю, и источник питания не подается. Концепция идеального источника тока подразумевает, что он должен иметь нулевая внутренняя проводимость.
Источник тока обозначен кружком с i ( t )
написано рядом (см. рисунок ниже).Ссылка на текущий
обозначено стрелкой либо рядом с кругом, либо внутри него, как показано на
фигура.
Текущий источник.
Регуляторы тока
Схема, обеспечивающая постоянный выходной ток,
называется стабилизатором постоянного тока или просто ток
регулятор . Схема, показанная на рисунке ниже,
упрощенная схема регулятора тока. То
показанный на схеме переменный резистор используется для
иллюстрируют концепцию действующего регулирования.Обратите внимание, что амперметр имеет
был включен в эту цепь, чтобы указать, что цепь
показан регулятор тока. Когда цепь
работает исправно, текущее показание амперметра
остается постоянным. В этом случае переменный резистор ( R V )
компенсирует изменения нагрузки ( R L ) или входного напряжения постоянного тока.
Любое увеличение сопротивления нагрузки вызывает
падение тока. Чтобы поддерживать постоянный ток,
сопротивление R V должно быть уменьшено всякий раз, когда нагрузка
сопротивление увеличивается. Это приводит к полному сопротивлению
остается постоянным. Увеличение входного напряжения должно
компенсируется увеличением сопротивления
R V , тем самым поддерживая постоянный ток.
Регулятор тока (упрощенный).
Поскольку использование переменного резистора нецелесообразно для управления флуктуациями или изменением тока транзистор и стабилитрон вместе с необходимыми резисторами. используется (см. ниже). Стабилитрон обеспечивает постоянное опорное напряжение.Резистор R 1 есть подключен последовательно с нагрузкой и воспринимает любой ток изменения нагрузки. Цель R 2 состоит в том, чтобы работает как токоограничивающий резистор для стабилитрона диод.
Транзисторный регулятор тока.
Давайте подробно рассмотрим, как различные компоненты работают для поддержания
выход постоянного тока. Снижение сопротивления нагрузки
вызывает соответствующее увеличение тока. Это приводит к большему напряжению
падение на R 1 из-за увеличения тока. Падение напряжения на D 1 остается
постоянный. Из-за повышенного падения напряжения на R 1 ,
прямое смещение Q 1 имеет
уменьшается, а сопротивление транзистора увеличивается. Таким образом, общая
сопротивление вокруг внешнего контура цепи остается постоянным.
Поскольку схема представляет собой регулятор тока,
выходное напряжение будет меняться, поскольку регулятор поддерживает
выход постоянного тока.
JFET источник постоянного тока
Диод постоянного тока
Источник постоянного тока может быть сформирован из JFET (см. рисунок выше).Эту конфигурацию иногда называют диодом постоянного тока. Напряжение на истоке JFET ( В S ) автоматически поддерживается рядом с напряжение отсечки и
При увеличении или уменьшении напряжения питания (стока)
сопротивление, r DS , JFET изменяется соответственно, таким образом
поддержание I на почти постоянном уровне.
LM334 Цепи постоянного тока Учебное пособие
Рис.1
Льюис Лофлин
Источник постоянного тока (CCS) в электронике — это устройство/схема, которая обеспечивает постоянное значение тока независимо от напряжения источника или сопротивления нагрузки. На рис. 1 показана обычная схема CCS с использованием биполярного транзистора PNP. Значения Ic = Ib * hfe (бета) транзистора. Цепь постоянного тока также может использоваться в качестве ограничителя тока.
Maxim Semiconductor отмечает следующее, почему нам необходимо использовать источник постоянного тока:
При использовании белых светодиодов для задней подсветки дисплея или других осветительных приборов есть две причины использовать для них постоянный ток: Чтобы избежать нарушения абсолютного максимального номинального тока и снижения надежности.Чтобы получить предсказуемую и согласованную силу света и цветность от каждого светодиода… Зависимость прямого тока от прямого напряжения шести случайных белых светодиодов (по три от каждого из двух производителей).
.. управляя этими шестью светодиодами, например, с напряжением 3,4 В, их прямой ток будет варьироваться от 10 мА до 44 мА, в зависимости от светодиода.»
Помимо светодиодов источники постоянного тока используются с резистивными датчиками, такими как фотоэлементы и термисторы, для большей стабильности и для источников питания с ограниченным током.Также полезно для тестирования и прототипирования.
См. Источник постоянного тока LM334 с резистивными датчиками.
Рис. 2
На рис. 2 показан источник постоянного тока с операционным усилителем 741. См. Источник постоянного тока на 3-амперном операционном усилителе LM741.
На рис. 1 Ib управляется резистором 1K и потенциометром 5K. При напряжении Vcc 12 вольт падение напряжения 0,6 вольт на переходе база-эмиттер транзистора Q1. Мы настраиваем потенциометр на базовый ток 3 мА (0,003 А). Если Q1 имеет hfe 50: Ic = .003 * 50 = 150 мА или 0,15 А.
Эти схемы необходимы для работы массивов мощных светодиодов (LED). Вышеприведенная схема проста, может быть немного нестабильной из-за температурных дрейфов Q1, вызывающих дрейф тока. Эта проблема незначительна по сравнению с дрейфом источника питания, который может вызвать гораздо большую нестабильность.
В других источниках постоянного тока используется популярный регулируемый регулятор напряжения LM317.
TL431A — еще одна популярная деталь в небольшом корпусе TO-92.Проще говоря, TL431A представляет собой переменный/регулируемый https://www.bristolwatch/ele/zener_power_supply.htmZener диод с температурной компенсацией. Он также может выступать в качестве опорного напряжения или источника постоянного тока.
Рис. 3
Рис. 3 использует LM334, источник тока с тремя выводами, предназначенный для работы с уровнями тока от 1 мкА до 10 мА, которые задаются внешним резистором Rset. Устройство работает как «настоящий двухконтактный источник тока, не требующий дополнительных подключений питания». Он также может работать как датчик температуры.
В этом примере я использую LM334 для управления Ib на Q3. Rset — это комбинация R1 и R2, настроенная на 100 Ом. Iуст = Iб = 67,7 мВ / Rуст = 677 мкА. Ic = Ib * hfe; Ic = 677 мкА * 180 = 120 мА. Q3 был 2N2907. См. спецификацию LM334.
Это намного лучше, чем две предыдущие схемы, потому что перепады напряжения не вызывали измеримых изменений Ic. Но у LM334 максимальный ток возбуждения составляет всего 10 мА, а во многих приложениях требуются гораздо более высокие токи.
В следующем разделе мы исследуем использование регулируемого регулятора напряжения LM317 в режиме источника постоянного тока.
См. Цепи постоянного тока LM317
Выше мы увеличиваем ток от LM317. См. LM317 Блок питания с регулируемым напряжением и током
.Дополнительные схемы и теория CCS
Видео на You Tube
Прочие схемы
Домашняя страница Hobby Electronics и домашняя страница веб-мастера (вне сайта)
Линейный регулятор тока и контроллер для автомобильных задних комбинированных светодиодных фонарей
%PDF-1. 4
%
1 0 объект
>
эндообъект
5 0 объект
/Title (NCV7680 — Линейный регулятор тока и контроллер для автомобильных задних комбинированных светодиодных фонарей)
>>
эндообъект
2 0 объект
>
эндообъект
3 0 объект
>
ручей
BroadVision, Inc.2020-10-05T07:55:22+02:002013-03-13T09:53:48-07:002020-10-05T07:55:22+02:00application/pdf


Источник/ограничитель постоянного тока на полевых транзисторах — Vishay
AN103 FET Постоянный—Ток Источник/Ограничитель strong> Введение Сочетание низкого рабочего напряжения и высокого выходного импеданса делает FET привлекательным источником постоянного тока.Источник регулируемого тока (рис. 1) может состоять из FET, переменного резистора и небольшой батареи. Для оптимальной термической стабильности полевой транзистор FET должен быть смещен вблизи точки нулевого температурного коэффициента. D S R S – + R L Изменение напряжения питания или изменение импеданса нагрузки изменит I D лишь в незначительной степени из-за низкой выходной проводимости g oss . I D = (V DS )(g oss ) (3) Величина g oss является важным аспектом точности источника постоянного тока, где напряжение питания может изменяться. Поскольку g oss может варьироваться от менее 1 Ом до более 50 Ом в зависимости от типа FET, динамическое сопротивление может быть от более 1 МОм до менее 20 кОм. Это соответствует диапазону стабильности тока от 1 до 50 А на вольт. Значение g oss также зависит от рабочей точки. Выходная проводимость g os уменьшается примерно линейно с I D . Отношение соответствует IDI DSS g oss g oss (4) NO TAG Рисунок 1. Полевой транзистор Ток Источник, где g oss = g oss (5) Всякий раз, когда FET работает в области насыщения по току, его выходная проводимость очень низка.Это происходит всякий раз, когда напряжение сток-исток V DS как минимум на 50 % превышает напряжение отсечки V GS(off) . FET может быть смещен для работы в качестве источника постоянного тока при любом токе ниже его тока насыщения I DSS . Базовое смещение Source Для данного устройства, где известны I DSS и V GS(off), приблизительное V GS, необходимое для данного ID, составляет V GS V GS(off)1 – IDI DSS 1k (1 ) когда V GS = 0 (6) Так как V GS → V GS(off) , g oss → Zero.