Стабилизатор тока на полевом транзисторе
В статье расскажу, как сделать простой стабилизатор тока для светодиодов на полевом транзисторе.
Описание задумки.
Задолго до разработки фонарика на ATtiny13 мне уже доводилось работать со сверх-яркими светодиодами. И что могу сказать. Редкий радиолюбитель жаждет чтобы светодиоды перегорали, как можно чаще! :). Особенно мощные и дорогие. Вот и мне этого не хотелось и решил взяться за разработку стабилизатора тока.
Немного теории.
Мне часто задают один и тот же вопрос, мол почему именно стабилизатор тока лучше для светодиодов, а не стабилизатор напряжения. Ответ простой, но он многим не нравиться. Постараюсь пояснить на вольт-амперной характеристики(ВАХ) SMD светодиода типоразмера 3528, рисунок 1.
Рисунок 1 – Вольт-амперная характеристика(ВАХ) SMD светодиода типоразмера 3528 при 25⁰С.
Ось У – ток через светодиод.
Ось Х – падение напряжения на светодиоде.
Теперь внимание! Заявленный производителем ток для данного светодиода равен 20мА.
Теперь рассмотрим стабилизатор тока. Если стабилизировать ток 20мА, то увеличение тока на 3% даст результат – 20,6мА. Согласитесь, что это совсем другой результат и он куда лучше предыдущего!
Иногда мне пытаются доказать, что последовательное соединение светодиодов + стабилизатор напряжения лучше, чем параллельное + стабилизатор тока. Это, конечно, тема для отдельной статьи, но хочу тут немного пояснить, что параллельное соединение однозначно выигрывает.
Для примера возьмём пять светодиодов 20мА, 3,4В и соединим их последовательно и параллельно.
При последовательном соединении если один светодиод перегорает и остаётся замкнутым, а такое бывает и часто, напряжение 17В(3,4В*5шт) делится между оставшимися четырьмя светодиодами в равных пропорциях (предположим что так). Получается, что падение напряжение на каждом светодиоде будет — 4,25В (17В/4шт). Ток при этом возрастает до неимоверных значений, а это приводит к последовательному перегоранию оставшихся светодиодов или части из них.
При параллельном соединении и стабилизации тока в 100мА(20мА*5шт) перегорание светодиода приведёт к увеличению тока на оставшихся всего на 5мА(20мА/4шт). Или по-другому: 100мА/4шт = 25мА – ток на каждом светодиоде. Разница очевидна! В этой статье не буду больше приводить плюсы и минусы каждого из решений, статья совсем о другом. Надеюсь пример был понятным. Мой личный выбор всегда на стороне параллельного соединения светодиодов и стабилизатора тока для них. Если и ваш тоже, то читайте дальше, как сделать несложный стабилизатор тока для светодиодов.
О схеме.
Принципиальная схема стабилизатора тока на полевом транзисторе показана на рисунке 2.
Рисунок 2.
Резистор R1 нужен для того чтобы транзистор VT2 открывался. Стабилитрон VD1 защищает затвор от перенапряжения, для транзистора P0903BDG максимальное напряжение затвор-сток – 20В. Если у вас другой транзистор, то информацию на него смотрите в даташите. Параметр этот называется Gate-Source Voltage. Если напряжение питание значительно меньше максимального напряжения затвор-сток, то можно вообще стабилитрон не ставить. Резисторы R2-R6 выполняют роль шунта. На схему добавил их побольше чтобы можно было удобно подобрать нужный номинал.
Схема работает следующим образом. В начальный момент времени транзистор VT2 открыт, ток протекает через светодиоды и шунт из резисторов R2-R6, транзистор VT1 закрыт. При протекании тока через шунт на нём падает определённое напряжение и если оно равняется напряжению открытия транзистора VT1, то он открывается и «садит» затвор транзистора VT2 на минус питания, транзистор VT2 закрывается и ток через светодиоды и шунт начинает снижаться.
При снижении тока через светодиоды будет снижаться падение напряжение и на шунте, как только напряжение станет меньше чем нужно для открытия транзистора VT1, он закроется и «освободит» затвор транзистора VT2. Транзистор VT2 снова откроется и ток устремиться к светодиодам и шунту. Дальше все повторяется по кругу.
Настройка.
Настройка схемы заключается в определении необходимого тока для светодиодов и подбору номиналов резисторов шунта. Приблизительно считаю, что падение напряжение на шунте должно быть около 0,5В. Этого напряжения достаточно для открытия транзистора VT1. Хотя по даташиту напряжение база-эмиттер для транзистора BC846 – 0,66В, для отечественных – 0,7В.
В качестве примера рассчитаю для вас номиналы резисторов шунта на ток 170мА.
Сопротивление шунта(Ом) = падение напряжение на шунте(В) / ток через шунт (А), получается: Сопротивление шунта = 0,5В / 0,17А = 2,94 Ом. Полученный результат округляю до 3 Ом. Из стандартного ряда можно взять два резистора номиналом 1 Ом и 2 Ом и впаять их на плату, как R2, R3.
Резисторы R4-R6 при этом исключаются из схемы.
Дальше нужно проверить какой ток стабилизирует стабилизатор. Для проверки потребуется амперметр или миллиамперметр. Прибор нужно подключить в разрыв любого из проводов питания, подать питающее напряжение, оно, кстати, должно быть больше чем типовое питание светодиодов. Лучше использовать источник питания с возможностью регулировки выходного напряжения. Подключаем, регулируем, смотрим.
В определённый момент времени ток через стабилизатор перестанет меняться – это и будет током стабилизации. Дальнейшее увеличение напряжения ничего не изменит, разве что добавит разогрев транзистора VT2. Нужно понимать, что всё избыточное напряжение будет выделяться на транзисторе VT2 в качестве тепла. Если ток стабилизации получился таким какой нужен значит подбор шунта закончен, если же ток отличается от нужного значения в большую сторону – увеличиваем сопротивление шунта, в меньшую – уменьшаем.
О печатной плате.
Печатную плату разрабатывал под SMD компоненты в программе P-CAD 2006.
Размеры платы – 37×18мм, рисунок 3. Вы можете разработать свою печатную плату и прислать мне файл для размещения на сайте.
Рисунок 3.
О деталях.
Перечень деталей, необходимых для сборки стабилизатора тока, свёл в таблицу 1.
|
Позиционное обозначение |
Наименование |
Аналог/замена |
|
R1 |
Резистор 10к. |
SMD типоразмер 0805 |
|
R2-R6 |
Резисторы шунта. |
SMD типоразмер 1206 |
|
VD1 |
Стабилитрон 9,1В. |
Корпус SOD80 |
|
VT1 |
Транзистор биполярный BC846. Структура – n-p-n. |
Корпус SOT23. |
|
VT2 |
Транзистор полевой P0903BDG. Структура — n-канальный. |
Корпус DPAK |
Резюмирую. Во всех моих разработках со светодиодами обязательно есть стабилизатор тока. Он или простой, как в тот, что описан в статье или на операционном усилителе. Светодиоды обычно подключаю параллельно или последовательно-параллельно, всё зависит от конкретной задачи. В этой же статье рассказал, как сделать несложный стабилизатор тока для светодиодов на полевом транзисторе. Постарался объяснить, чем отличается стабилизатор напряжения от стабилизатора тока для светодиодов и что лучше.
Ну и фото напоследок.
BC846 datasheet.
P0903BDG datasheet.
Архив с проектом.
Стабилизатор тока на двух транзисторах (схема, плата, сборка, испытание) — Схемка: Электронные Радиосхемы
Схема простейшего стабилизатора тока
Выше представлена очень простая схема линейного стабилизатора тока на двух транзисторах: полевом и биполярном, первый силовой, он управляет нагрузкой (на схеме светодиод), а второй (маломощный) полупроводниковый прибор задаёт режим работы первого.
Принцип работы (работа стабилизатора тока)
Пусть наша нагрузка это
R, будем считать, что её сопротивление почти не изменяется (R = const), ток мы хотим неизменный (I = const), а что у нас остаётся – только выходное напряжение на источнике тока, его то и будет подбирать схема, причём не просто от балды, а именно такое, при котором через вышеупомянутою нагрузку R потечёт ровно тот ток I, на который рассчитано устройство.
А вот разбор работы самой схемы:
после подключения источника питания через резистор R1 открывается полевой транзистор, через резистор R2-открытый канал сток-исток VT1 и нагрузку (светодиод) течёт ток. Чем больший ток, тем больше будет падать напряжения на резисторе, и когда оно достигнет значения открытия VT2 (для кремниевого биполярного примерно 0,60-0,75 В) тот откроется, через его ЭК потечёт ток от минуса к затвору VT1, тем самым прикрыв его, но не полностью, ведь R1 никуда не девается.
Примечание. Детали для данного экземпляра взяты со старых плат, в частности мощный полевой N-канальный транзистор 
Биполярный транзистор – это известный BC847A в SOT-23 корпусе. Резистор R1 = 11 кОм, R2 = 2 Ом типоразмера 1205 и мощностью 0.25 Вт. Этот экземпляр предназначен для стабилизированного тока:
Iстаб = UБЭ * R2 = 0.6 В * 2 Ом = 300 мА
Испытание
Дорожки были начерчены маркером, поэтому плата немного отличается от разработанной, крепления под винтики сделаны не были. Подключаем устройство к источнику питания (у меня был трансформатор 12В с диодным мостом и конденсатором), теперь зная, что ток относительно невелик я тупо замкнул выход амперметром, рассчитанным на измерение постоянного тока до 20А, показания ниже:
Это адекватный результат для такой схемы. Далее были подключены по очереди два светодиода 10 Вт с различным напряжением питания. Для СД с одним кристаллом напряжение вышло
Uвых = 2.
72 В при токе Iвых = 0.31 А, при этом на входе Uпит = 10.88 В, т.е. рассеивается примерно:
P1 = (Uпит — Uвых)*Iвых = (10.88-2.72)*0.31 = 8.16*0.31 = 2.53 Вт
Для второго светодиода, в котором три кристалла соединены последовательно Uвых = 10.32 В, Iвых = 0.29 А при Uпит = 11.22 В, получаем:
P2 = (Uпит — Uвых)*Iвых = (11.22-10.32)*0.31 = 0.9*0.31 = 0.279 Вт
Когда входное напряжение как можно меньше отличается от нужного напряжения питания для обеспечения требуемого тока, тогда и достигается высокий КПД (со вторым СИД η = 92%) при простоте исполнения.
Заменим резистор, определяющий выходной ток источника тока на 470 Ом, тогда получим выходной ток:
Iвых = UБЭ/R2 = 0.6 / 471 = 1276 мкА
Проверка амперметром:
Таким образом при питании 12 В подключаем светодиод 5 мм, через него проходит ток ~1.
3 мА, через два/три светодиода ток будет такой же, ведь напряжения питания хватает для этого.
Ещё сделал небольшой график зависимости выходного
стабильного тока от напряжения питания стабилизатора тока. Сначала происходит выход на номинальный ток (когда напряжения питания не хватает для Iст), а потом всё прекрасно, при изменении напряжения в три раза (с 10 до 30 В) изменение тока всего на 0.64 мА или 4.22%.
Увеличение стабильности
При работе часть энергии рассеивается, происходит нагрев платы и компонентов схемы, параметры плывут, а главное изменяется напряжение насыщения ( UБЭ) транзистора VT2, те самые ~0,7 В будут изменяться, что приведёт к изменению выходного тока.
ТКН (Температурный Коэффициент Напряжения) pn-перехода транзистора отрицательный, при повышении температуры UБЭ будет уменьшаться.
Для термостабилизации вводим дополнительно элемент с положительным ТКН – стабилитрон (с Uст > 6.5 В), тогда при нагреве напряжение на одном компоненте (VT2) будет уменьшаться, а на другом (D1) увеличиваться, таким образом получается компенсация. В совершенстве ТКН обоих приборов должен быть равен по величине и противоположным по знаку, а нагрев происходить одинаково (именно поэтому они расположены рядом на плате).
Также добавлен ещё один транзистор VT3, который выступает источником тока для VT2, что придаст ещё большей стабильности, т.к. при изменении напряжения питания в определённом диапазоне ток базы VT2 почти не будет изменяться.
Печатные платы
Всё уместилось на маленьком кусочке (3 на 2 см) фольгированного текстолита, тепло отводится путём крепления всей платы на кусок алюминия винтами, спроектирована она с расчётом на крепёж M2, чтобы легко и надёжно закрепить её или попросту приклеить к теплоотводу теплопроводящим клеем (Stars 922).
При необходимости её можно легко уменьшить почти в два раза раза два.
Список компонентов
Видео
В конечном счете
Такой условный источник тока можно использовать как стабилизатор тока для светодиодов в автомобиле (12 В-14,4 В), с помощью него подключать лазеры к какому-то трансформатору или ИБП со скачущим напряжением в несколько вольт или использовать в схемах зарядных устройств. Но, как вы поняли использовать данное устройство можно с любой другой нагрузкой, требующей стабильного значения электрического тока. Этот стабилизатор рассеивает “лишнюю” энергию в виде теплоты, что может быть неприемлемо в ситуациях, когда разница напряжений большая и протекающий ток не мал, но, например, в условиях когда входное напряжение не сильно превышает выходное и ток стабилизации мал, почему бы и нет?
|
Схемы генераторов тока, разновидности токовых зеркал, Онлайн калькулятор 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. «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. 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). 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. 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. Размялись? Пришло время избавляться от недостатков простейших источников тока, обкашлянных нами выше. 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.
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. Проектировать источники тока на дискретных полевых транзисторах — занятие, на мой взгляд, довольно нецелесообразное. Полевые диоды имеют только два вывода и оптимизированы с точки зрения вольт-амперных характеристик. А на следующей странице продолжим тему — посвятим её источникам тока на операционных усилителях, а также преобразователям напряжение-ток на ОУ и транзисторах.
|
Напустим энциклопедического глубокомыслия:
Если оно меньше Еп, следует добавить дополнительный резистор Rз2 такого номинала, чтобы образованный делитель вогнал напряжение
на затворе в допустимые пределы.
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). 
Динамическое внутреннее сопротивление такого отражателя тока превышает величину в
несколько МОм.
При их изготовлении можно достичь нулевого температурного коэффициента, объединяя CRD с резистором,
имеющим тот же самый, но противоположного знака температурный коэффициент.О стабилизаторах напряжения на транзисторах: схема правильного стабилитрона
Для работы электронной аппаратуры необходимо напряжение, обладающие точно заданными характеристиками. Но в промышленной сети напряжение постоянно меняется.
Его уровень зависит от подключенных в систему предприятий, зданий и оборудования. Функционирование любого прибора напрямую зависит от напряжения, колебания данного параметра влияют на качество работы, например, при перепадах приемник может начать хрипеть или гудеть. Для того чтобы решить данную проблему, используют стабилизаторы на транзисторе.
Стабилизатор импульсного типа
Принцип работы стабилизатора
Одна часть этого оборудования отвечает за сравнение с эталонным значением, а другая – управляет параметрами. Если входящий параметр оказывается больше требуемого показателя, то система снижает его. Если же значение меньше, то характеристики повышаются. По этой же схеме регулируется вода в кране: когда поток меньше, чем надо, вентиль закручивается и наоборот.
Принцип стабилизации применяется на самом разном оборудовании, начиная от утюгов и заканчивая космической отраслью. Разница заключается только в технологии контроля и управления показателями.
Важно! Согласно существующему ГОСТу, напряжение в сети может изменяться в пределах до 5%, а в реальных условиях и 10% от указанного значения.
Для качественного функционирования оборудования этот показатель не может превышать 0,1%.
Самая простая схема стабилизатора напряжения содержит всего лишь 2 элемента:
- источник опорного напряжения – стабилитрон VD1;
- балластный резистор R1.
Стабилитроном называют диод, который при определенных значениях напряжения стабилизации (обратно приложенного) начинает пропускать ток в обратном направлении. Если напряжение растет, при уменьшении внутреннего сопротивления стабилитрон продолжает удерживать напряжение в заданном значении. Принцип работы можно увидеть на схеме стабилизатора напряжения.
Схема и график работы стабилизатора
Если обратное напряжение растет, то стабилитрон оказывает сопротивление, а, значит, ток на выходе минимален. При достижении заданного параметра ток начинает расти. Затем, доходя до точки 1 на вольтамперной характеристике, напряжение перестает расти, несмотря на повышение показателей тока. На p-n переходе напряжение увеличивается только на резисторе, стабилитрон работает в заданном режиме.
Конечно, любой стабилитрон может удерживать напряжение только в заданном значении, и после повышения показателей до точки 2 элемент может начать греться и выйти из строя. Расстояние между точками 1 и 2 называется рабочим участком.
Такой простой метод стабилизации подходит только для сетей, в которых применяют малые токи. Для того чтобы повысить нагрузочную способность, применяется эмиттерный повторитель в виде биполярного транзистора. Данный элемент повторяет приложенное напряжение. За счет этого нагрузка может быть на порядок больше. Можно использовать схему из нескольких транзисторов, тогда нагрузка еще сильнее увеличится.
При создании таких схем важно учесть, что из-за падения на участке p-n перехода выходное напряжение уменьшится. Поэтому необходимо выбирать стабилитрон с учетом потерь на переходах на транзисторах. На рисунке в схеме с двумя транзисторами также можно увидеть еще один резистор. Его используют для ликвидации реактивной составляющей второго транзистора.
Два простых стабилизатора
Принципы расчета характеристик
Основными показателями стабилизатора являются максимальное выходное напряжение Uвых, минимальное выходное напряжение Uвых1 и максимальный ток Imax.
Допустим, что эти величины составляют 14 Вольт, 1,5 Вольта и 1 Ампер, соответственно. Вычисляем входное напряжение по формуле:
Uвх=Uвых+ 3, где 3 – это коэффициент падения напряжение на переходе коллектор – эмиттер.
Обратите внимание! Паспортные параметры транзистора должны обеспечивать функционирование в полуоткрытом режиме и выдерживать разницу напряжений, возникающую между выходным напряжением и выходными данными.
Далее следует рассчитать максимальную мощность Pmax, которую будет рассеивать транзистор:
- Pmax=1.3(Uвх-Uвых)Imax=1.3(17-14)=3.9 Вт;
- Pmax=1.3(Uвх-Uвых1)Imax=1.3(17-1.5)=20,15 Вт.
Как видно, большее значение получается при расчете для минимального входного напряжения, и эта величина будет правильной, для того чтобы подобрать транзистор по справочнику. У нас это будет КТ817.
Важно! Значение напряжение должно быть больше входного значения, а ток – больше заданного максимального значения.
Иначе элемент будет работать на пределе возможностей и быстро выйдет из строя.
Схема на полевом транзисторе
Теперь нужно учесть Iб max – ток базы самого транзистора:
Iб max=Imax/h31Э min, где h31Э min – коэффициент передачи тока (в нашем случае эта величина равна 25).
Iб max=1/25=0.04 А.
Зная эти показатели, можно определить характеристики стабилизатора напряжения на транзисторе. Стабилизированное напряжение равно 14 вольтам, а ток по формуле – 0.04 А. По этим показателям подходит Д814Д, но в этом случае ток базы будет составлять 0,005 А, то есть надо понизить выходные значение. Для этого используется второй транзистор (КТ315). За счет его использования нагрузка уменьшится на величину максимального коэффициента передачи тока второго транзистора (у нас h31Э=30). Таким образом, ток будет составлять 0,04/30=0,00133 мА.
Теперь определим показатели для Rб – балластного резистора:
Rб=(Uвх-Uст)/(Iб max+Iст min)=(17-14)/(0,00133+0,005) = 474 Ом, где:
- Iст min – ток стабилизации;
- Uст – напряжение стабилизации стабилитрона.
Затем считаем балластную мощность:
Prб=(Uвх-Uст)2/Rб=(17-14)2/473=0,02 Вт.
Параметры дополнительного резистора рассчитывают редко, при выборе этой детали нужно учесть только одно, что его значение тока должно быть меньше максимально нагрузочного. У нас используется резистор с сопротивлением в 1 Ом.
Компенсационные стабилизаторы
Рассмотренные выше схемы представляют собой параметрические стабилизаторы, то есть устройства, работающие на стабилитроне. Более точными считаются компенсационные схемы, где присутствует обратная связь, и уже стабилизирующую составляющую сравнивают с эталонными значениями. Основным преимуществом таких устройств является точное выходное напряжение, на которое практически не оказывает влияния ток нагрузки, тогда, как у параметрических систем именно нагрузка влияет на всю работу транзисторного стабилизатора.
Схема стабилизатора компенсационного типа может быть последовательной и параллельной. В первом варианте регулирующими элементами обычно являются транзисторы.
Компенсационные стабилизаторы последовательного типа
На схеме:
- Р – регулирующий элемент;
- И – источник опорного (эталонного) напряжения;
- ЭС – элемент сравнения;
- У – усилитель постоянного тока.
Выходное напряжение для последовательного стабилизатора определяется по вышеуказанной формуле, где R4’ и R4’’, соответственно, верхняя и нижняя величина резистора R4. Транзистор VT1 выполняет роль регулирующего элемента, а VT2 стабилизирует, то есть сравнивает и при необходимости усиливает показатели. Источником опорного напряжения является стабилитрон VD1. Между базой и эмиттером VT2 напряжение определяется как разность UОП и UРЕГ. Если на нагрузке идет рост напряжения, то UРЕГ увеличивает и эмиттерные, и коллекторные токи VT2. Далее по схеме коллекторный ток идет на резистор R1, что вызывает падание напряжения. Это напряжение обратно по полярности для эмиттерной части VT1, поэтому коллекторные и эмиттерные токи данного транзистора падают, а номинальное напряжение на нагрузке восстанавливается.
Для плавной регулировки на выходной цепи стабилизатора используется делитель напряжения, состоящий из R3, R4, R5. Ступенчатое регулирование происходит с помощью опорного напряжения стабилитрона.
Типовая схема компенсационного стабилизатора параллельного типа
В компенсационном стабилизаторе напряжения параллельного типа при возникновении отклонения значения от номинального появляется сигнал рассогласования, который составляет разницу между опорным и выходным напряжением. Далее этот сигнал усиливается на регулирующей части, которая стоит параллельно нагрузке. За счет этого ток на регулирующем элементе изменяется, напряжение на резисторе R1 падает, а на выходе сохраняются постоянные показатели:
U1=U0–IBXR1=const.
Важно! КПД стабилизаторов параллельного типа небольшое, поэтому подобные схемы используются довольно редко.
Импульсные стабилизаторы
Кроме компенсационных и параметрических стабилизаторов, существуют импульсные схемы, в которых коэффициент полезного действия самый большой, даже если диапазон входных напряжений достаточно большой.
Работа этих устройств основана на том, что регулирующий элемент отключается и выключается в импульсном режиме. Общая схема стабилизатора состоит из ключа, накопителя энергии и цепи управления. Накопитель и ключ вместе представляют силовую часть, вместе с цепью они составляют контур регулирования.
Импульсный стабилизатор напряжения можно собрать на основе 3 транзисторов. При этом VT1, VT2 составляют ключевой регулирующий элемент, а VT3 необходим для усиления сигнала рассогласования.
Схема импульсного стабилизатора
Алгоритм работы следующий:
- С коллектора VT2 через конденсатор С2 на базу VT1 поступает напряжение положительной обратной связи;
- VT2 при насыщении током от резистора R2 открывается;
- На коллекторно-эмиттерном переходе при насыщенном VT1 меньше, чем напряжение для открывания VT2, значит, когда VT1 открыт, VT2 закрытый;
- Усилитель на VT3 через эмиттер подключен к стабилитрону VD2, а база – к делителю выходного напряжения R5, R6, R7;
- Таким образом, VT1 управляет закрыванием и открыванием VT2 по сигналу от VT3;
- Когда VT2 открыт, происходит накопление энергии в дросселе, после закрывания энергия идет в нагрузку.
Каждая из представленных схем позволит собрать простейшей вариант стабилизаторов.
Видео
Оцените статью:Tl431 Схемы Подключения — tokzamer.ru
К недостатку можно записать довольно большое падение напряжения а следовательно и мощности на транзисторе VT1. Принцип работы TL легко понять по структурной схеме: если напряжение на входе источника ниже опорного напряжения Vref, то и на выходе операционного усилителя низкое напряжение соответственно транзистор закрыт и ток от катода к аноду не протекает точнее он не превышает 1 мА.
При уменьшении освещенности увеличивается сопротивление фототранзистора. Чтобы увеличить токи стабилизации одного транзистора становится мало, нужен промежуточный усилительный каскад.
Вследствие этого напряжение на управляющем контакте TL ниже заданного уровня, из-за этого светодиод не горит.
Индикатор напряжения на светодиодах.
Проверить исправность микросхемы мультиметром нельзя, так как она состоит из 10 транзисторов. Если значение подставлять в Омах, то ток будет в Амперах, если подставлять в кило Омах, то ток будет в мили Амперах.
Индикатор пониженного напряжения Рисунок 3. Главная же ее особенность в том, что при помощи внешнего делителя напряжение стабилизации можно изменять в пределах 2,5…30 В.
Смотрите сами, какие есть в вашем распоряжении. Его можно сделать и на микросхеме tl
Описание, распиновка, схема включения, datasheet
Следующая схема имеет два режима ограничения: по току; по напряжению; Пока напряжение на выходе меньше 4,2 В ограничивается выходной ток, при достижении напряжением величины 4,2 В начинает ограничиватся напряжение и ток заряда снижается. Когда напряжение подбирается к уровню 4,2 В в работу начинает вступать DA1 и ограничивать напряжение на выходе зарядного устройства.
Регулируемый стабилизатор напряжения на Tl431 и полевом транзисторе.
Источник опорного напряжения TL431
В то же время ток светодиода очень круто зависит от питающего напряжения. Выпускаются радиоконструкторы для самостоятельной сборки своими руками.
Для контроля уровня жидкости, например воды в ванне, к схеме подключается датчик из двух нержавеющих пластин, которые расположены на расстоянии нескольких миллиметров друг от друга.
Вследствие этого напряжение на управляющем контакте TL ниже заданного уровня, из-за этого светодиод не горит.
Общее описание TL TL — регулируемый или программируемый регулятор напряжения.
Если же светодиод совсем не светится, то это означает что контролируемое напряжение на уровне заданного порога 0,05…0,1В. Поскольку данной величины тока хватает для того чтобы светодиод светился, то что бы избежать этого, нужно просто параллельно светодиоду подсоединить сопротивление на 2…3 кОм.
Если потенциал ниже порога установленного делителем R1 и R2, то светодиод горит зеленым цветом, если же выше порогового значения, то светодиод горит красным цветом.
Она также находит применение практически во всех маломощных импульсных источниках питания. При этом сопротивление резистора должно быть около 20 Ом, мощность рассеивания — 18 мВт.
Как сделать индикатор напряжения 2,5-36 Вольт
Читайте также: Ремонт кабеля проводки
Самоделки, хобби, увлечения.
Выбранный вариант зависит от назначения устройства.
Теперь кратко назначение компонентов: Резистор R2 он является ограничителем тока базы транзистора vt1 можно использовать от до ом.
Чтобы стабилизировать токи на уровне единиц и десятков Ампер одним транзистором в компенсационном стабилизаторе не обойтись, нужен промежуточный усилительный каскад.
В первую очередь это просто электрическое напряжение.
Когда вода достигнет датчика, его сопротивление уменьшается, а микросхема через резисторы R1 R2 входит в линейный режим.
Все особенности и типовые схемы включения указаны в datasheet на русском языке. При таком включении контролируемое напряжение может находиться в пределах от трех, до нескольких десятков вольт. Резистор R2 совместно с транзистором vt1 является своеобразным шунтом на котором с помощью обратной связи поддерживается напряжение 2,5 вольта.
Кому лень читать
В трехвыводном корпусе этой микросхемы спрятано 10 транзисторов, а функция, выполняемая ею, одинакова с обычным стабилитроном диод Зенера. В качестве излучателя можно применить излучатель ЗП А теперь перейдем к рассмотрению различных конструкций на базе микросхемы TL Силовые элементы с радиаторами, диодными мостами тоже там есть. Если такая мощность не нужна, можно сократить количество светодиодов до одного.
Для получения более высокого выходного тока может быть использована следующая схема. Рисунок 1. Основная область применения микросхемы TL, конечно же блоки питания.
Необходимое выходное напряжение может быть установлено с помощью всего двух внешних резисторов делитель напряжения , подключенных к выводу REF. Резистор в этой схеме рассчитывается по следующей формуле: где Ist — ток TL, а Il — ток нагрузки. Аналоги имеют совершенно другие температурные параметры. Следующая схема имеет два режима ограничения: по току; по напряжению; Пока напряжение на выходе меньше 4,2 В ограничивается выходной ток, при достижении напряжением величины 4,2 В начинает ограничиватся напряжение и ток заряда снижается.
Lm317T сборка схемы
Кому лень читать
Я не зря опять затронул эту тему ,это одна из самых массово выпускаемых интегральных микросхем.
Рисунок 5.
Улучшенная схема будет выглядеть так: Данная доработка позволяет значительно снизить пульсации тока и, следовательно, яркости светодиодов. Для стопроцентного предотвращения загорания светодиода в его цепь дополнительно включены 2 диода.
Datasheet на русском.. К примеру, если в качестве датчика применить фототранзистор , то в конечном итоге получится фотореле, реагирующее на степень освещенности. На данной микросхеме реализовано множество схем зарядных устройств для литиевых аккумуляторов. Быстрое переключение.
Схема, приведенная ниже, представляет собой мощный светильник на двух ваттных светодиодах и ваттном IRF в корпусе ТО см. В полной схеме включения к TL добавляются еще два резистора, но в этом случае можно получить произвольное выходное напряжение. Рисунок 5.
Простое зарядное устройство для литиевого аккумулятора. Но этого тока достаточно для очень слабого свечения светодиода HL1. Следующая формула справедлива для вычисления сопротивлений резисторов, в случае если мы хотим получить какое-то фиксированное напряжение. Но главный плюс схемы заключается в нормализации режима работы светодиодов и защита их от бросков напряжения во время включения.
Вместо заключения
Но у светодиода максимально допустимый ток составляет всего 20 мА. В данной схеме R3 рассчитывается точно также, как если бы использовался обычный стабилитрон, то есть зависит от выходного напряжения, диапазона входного напряжения и диапазона токов нагрузки. Варианты использования данной микросхемы могут быть различные, но максимальное распространение она получила в блоках питания с регулируемым и фиксированным напряжением. Реле времени TL нашел свое применение не только как источник опорного напряжения, а и во многих других применениях. Все это время она находится на первых местах в списке мировых лидеров в производстве электронных компонентов, прочно удерживаясь в первой десятке или, как чаще говорят, в мировом рейтинге TOP
TL Ее выпуск стартовал в году. В этом случае вместо фототранзистора нужно подсоединить два нержавеющих электрода, которые втыкают в землю на небольшом расстоянии друг от друга.
TL431 управляемый стабилитрон,как проверить работу.
Стабилизатор переменного тока
Стабилизаторы переменного тока, гораздо реже применяются радиолюбителями, чем стабилизаторы напряжения и регуляторы мощности. Во многом это связано с более сложной схемотехникой традиционных источников тока. Однако объективный анализ показывает, что в ряде случаев предпочтительнее применение именно источников тока. Главное достоинство источника тока — нечувствительность к короткому замыканию нагрузки.
Достаточно часто встречаются случаи, когда надо поддерживать постоянное значение переменного тока, например, при включении мощных ламп накаливания. Такая мера в несколько раз продлевает срок их службы. Регулируемый стабилизатор может оказать неоценимую помощь при проверке и налаживании устройств токовой защиты.
Вниманию читателей предлагается несложная схема стабилизатора переменного тока, с возможностью плавной регулировкой его величины. Ток можно регулировать от нескольких миллиампер до 8 Ампер. При соответствующем выборе элементов схемы максимальный стабилизируемый ток можно увеличить до 70-80 А.
В основу схемы положен токо-стабилизирующий двухполюсник, данное схемотехническое решение известно довольно давно, однако долгое время было чисто теоретическим (вспомните, что представляли собой МОП-транзисторы лет 10-15 назад). Ситуация изменилась с появлением в продаже мощных МОП-транзисторов (MOSFET). Их применение позволяет создавать источники тока с хорошими характеристиками и предельно простыми.
Собственно стабилизатор тока собран на операционном усилителе (ОУ) DA1, транзисторе VT1 и резисторах R1, R2, R4. Делитель R1-R2 представляет собой «задатчик» тока. В данном случае ток в амперах численно равен напряжению на движке R2, умноженному на 10. Это позволяет выбрать напряжение датчика тока R4 весьма малым. Для работы с переменным током в схему введен диодный мост, в одну из диагоналей которого включен токостабилизирующий двухполюсник. Такое включение эквивалентно последовательному соединению нагрузки и двухполюсника, и, следовательно, обеспечивает одинаковый ток через них.
Рассмотрим процесс стабилизации тока более подробно. Так как выпрямленное напряжение не фильтруется, напряжение на стоке транзистора VT1 — однополярное, пульсирующее. Когда напряжение на стоке (рисунок 2А) равно нулю, ток через VT1 не протекает, и падение напряжения на резисторе датчика R4 также равно нулю. Транзистор VT1 при этом полностью открыт. По мере роста напряжения в сети, напряжение, снимаемое с датчика, также увеличивается (пропорционально протекающему току), приближаясь к напряжению «задатчика». Транзистор VT1 начинает закрываться. При совпадении напряжений на датчике R4 и на «задатчике» R1-R2 происходит ограничение дальнейшего роста тока. ОУ DA1 поддерживает одинаковое напряжение на своих входах, изменяя сопротивление канала VT1. Тем самым обеспечивается стабилизация тока. Форма тока через VT1 совпадает с напряжением на «задатчике» и имеет трапецеидальную форму (рисунок 2Б). Такой же по форме, только переменный, ток протекает через нагрузку (рисунок 2В). Элементы VD1, R3, C1, C2 образуют параметрический стабилизатор для питания ОУ.
Если надо изменить диапазон стабилизируемых токов, следует соответствующим образом выбрать тип транзистора VT1 и диодов VD2-VD5, а также скорректировать напряжение «задатчика» тока или сопротивление датчика R4.
Ток стабилизации определяется по формуле:
Iст.=Uзад./R4
Налаживание схемы сводится к контролю напряжения «задатчика» (чтобы ток не вышел за пределы 7…8 А) и градуировке органа управления (резистора R2). Для визуального контроля в цепь тока можно включить амперметр.
ОУ DA1 подойдет любой широкого применения (К140УД6, К140УД7, mA741 и т.п.). От применения быстродействующих ОУ с полевыми транзисторами лучше воздержаться, поскольку с ними стабилизатор может самовозбудиться, что неминуемо выведет из строя ОУ, транзистор VT1 и диоды моста (именно так отреагировала схема у автора на установку К544УД2). Транзистор VT1 следует выбирать ориентируясь на максимально допустимые ток стока и напряжение сток-исток. Стабилитрон VD1 — любой прецизионный, с напряжением стабилизации 9…15 В. От его стабильности зависит стабильность напряжения «задатчика» и, как следствие стабилизируемого тока.
Транзистор VT1 следует укрепить на массивном радиаторе. К остальным деталям особых требований не предъявляется. Резистор R4 удобно изготовить из промышленного шунта для измерительных приборов. Это обеспечит требуемую точность и термостабильность. При его монтаже следует уделить особое внимание надежности соединения инверсного выхода ОУ и R4. Обрыв этого соединения вызывает выход стабилизатора из строя.
скачать архив
транзисторных схем | Electronics Club
Транзисторные схемы | Клуб электроникиТипы | Токи | Функциональная модель | Использовать как переключатель | Выход IC | Датчики | Инвертор | Дарлингтон пара
Следующая страница: Емкость
См. Также: Транзисторы
На этой странице объясняется работа транзисторов в простых схемах, в основном их использование в качестве переключателей. Практические вопросы, такие как тестирование, меры предосторожности при пайке и идентификация выводов, рассматриваются в страница транзисторов.
Типы транзисторов
Есть два типа стандартных (биполярный переход) транзисторов, NPN и PNP , с разными обозначениями схем. Буквы относятся к слоям полупроводникового материала, из которых изготовлен транзистор. Большинство используемых сегодня транзисторов являются NPN, потому что это самый простой тип из кремния. Эта страница в основном посвящена транзисторам NPN, и новичкам следует сначала сосредоточиться на этом типе.
Выводы имеют маркировку база (B), коллектор (C) и эмиттер (E).Эти термины относятся к внутренней работе транзистора, но их не так много. помогают понять, как используется транзистор, поэтому относитесь к ним как к ярлыкам.
Обозначения схем транзисторов
Пара Дарлингтона — это два транзистора, соединенных вместе. чтобы дать очень высокий коэффициент усиления по току.
Помимо стандартных (биполярный переход) транзисторов, есть полевые транзисторы , которые обычно обозначаются как FET s. У них разные символы схем и свойства, и они не рассматриваются на этой странице.
Rapid Electronics: транзисторы
Токи транзисторов
На схеме показаны два пути тока через транзистор.
Малый базовый ток управляет большим током коллектора .
Когда переключатель замкнут , небольшой ток течет в основание (B) транзистор. Этого достаточно, чтобы светодиод B тускло светился. Транзистор усиливает этот небольшой ток, чтобы позволить большему току течь через его коллектор (C) к его эмиттеру (E).Этот ток коллектора достаточно велик, чтобы светодиод C светился ярко.
При разомкнутом переключателе базовый ток не течет, поэтому транзистор отключается коллекторный ток. Оба светодиода выключены.
Вы можете построить эту схему с двумя стандартными 5-миллиметровыми красными светодиодами и любым маломощным Транзистор NPN (например, BC108, BC182 или BC548). Это хороший способ проверить транзистор и убедиться, что он работает.
Транзистор усиливает ток и может использоваться как переключатель, как описано на этой странице.
С подходящими резисторами (и конденсаторами для переменного тока) транзистор может усиливать напряжение, такое как аудиосигнал. но это еще не рассматривается на этом веб-сайте.
Режим общего эмиттера
Это устройство, в котором эмиттер (E) находится в цепи управления (базовый ток) а в управляемой цепи (коллекторный ток) называется общим эмиттерным режимом . Это наиболее широко используемая схема транзисторов, поэтому ее нужно изучить в первую очередь.
Функциональная модель транзистора NPN
Функционирование транзистора сложно объяснить и понять с точки зрения его внутренней структуры.Более полезно использовать эту функциональную модель.
- Переход база-эмиттер ведет себя как диод.
- A базовый ток I B течет только при напряжении V BE через переход база-эмиттер составляет 0,7 В или более.
- Ток малой базы I B управляет током большого коллектора Ic варьируя сопротивление R CE .
- Ic = h FE × I B (если транзистор не открыт и не насыщен).h FE — коэффициент усиления по току (строго по постоянному току), Типичное значение для h FE — 100 (это отношение, поэтому у него нет единиц измерения).
- Сопротивление коллектор-эмиттер R CE контролируется током базы I B :
I B = 0 , R CE = бесконечность, транзистор выключен
I B малый , R CE уменьшенный, транзистор частично включен
I B увеличено , R CE = 0, транзистор полностью открыт («насыщен»)
Дополнительные примечания:
- Базовый ток I B должен быть ограничен, чтобы предотвратить повреждение транзистора. и резистор может быть подключен последовательно с базой.
- Транзисторы имеют максимальный ток коллектора Ic.
- Коэффициент усиления по току h FE может широко варьироваться , даже для однотипных транзисторов!
- Транзистор, заполненный на на (с R CE = 0), называется « насыщенный ».
- При насыщении транзистора напряжение коллектор-эмиттер В CE снижается почти до 0В.
- При насыщении транзистора определяется ток коллектора Ic. от напряжения питания и внешнего сопротивления в цепи коллектора, а не от коэффициент усиления транзистора по току.В результате соотношение Ic / I B для насыщенного транзистора коэффициент усиления по току меньше FE .
- Ток эмиттера I E = Ic + I B , но Ic намного больше, чем I B , поэтому примерно I E = Ic.
Использование транзистора в качестве переключателя
Когда транзистор используется в качестве переключателя, он должен быть либо ВЫКЛ. , либо полностью ВКЛЮЧЕННЫМ . Он никогда не должен быть включен частично (со значительным сопротивлением между C и E), потому что в В этом состоянии транзистор может перегреться и выйти из строя.
В полностью открытом состоянии напряжение V CE на транзисторе почти равно нулю, и транзистор находится в называется насыщенным , потому что он больше не может пропускать ток коллектора Ic.
Устройство, переключаемое транзистором, называется нагрузкой .
При выборе транзистора для использования в качестве переключателя необходимо учитывать его максимальный ток коллектора. Ic (макс.) и минимальное усиление по току ч FE (мин.) . Номинальные значения напряжения транзистора можно не учитывать при напряжении питания менее 15 В.
Технические данные транзистора
Большинство поставщиков предоставляют данные о транзисторах, которые они продают, например Быстрая электроника.
Мощность, развиваемая переключающим транзистором, должна быть очень маленькой
Мощность, развиваемая транзистором, отображается как нагрев , и транзистор будет разрушен, если станет слишком горячим. Это не должно быть проблемой для транзистора, используемого в качестве переключателя, если он был выбран и настроен правильно, потому что мощность, развиваемая внутри него, будет очень маленькой.
| Мощность (тепло), развиваемая в транзисторе: Power = Ic × V CE |
- Когда OFF : Ic равно нулю, поэтому мощность равна нулю .
- Когда полный ВКЛ : V CE почти равен нулю, поэтому мощность очень мала .
Было бы реле лучше транзисторного переключателя?
Транзисторы не могут переключать переменный ток или высокое напряжение (например, электросеть), и они обычно не лучший выбор для коммутации больших токов (> 5A).Реле подходят для всех этих ситуаций, но учтите, что транзистор малой мощности может потребоваться для переключения тока катушки реле. Для получения дополнительной информации, включая преимущества и недостатки, пожалуйста, смотрите страницу реле.
Защитный диод для нагрузок с катушкой, таких как реле и двигатели
Если транзистор переключает нагрузку с помощью катушки, такой как двигатель или реле, диод должен быть подключен к нагрузке, чтобы защитить транзистор от кратковременное высокое напряжение, возникающее при отключении нагрузки.
На схеме показано, как защитный диод подключен к нагрузке «в обратном направлении», в данном случае катушка реле.
Для этого подходит сигнальный диод типа 1N4148.
Зачем нужен защитный диод?
Ток, протекающий через катушку, создает магнитное поле, которое внезапно схлопывается. при отключении тока. Внезапный коллапс магнитного поля вызывает кратковременное высокое напряжение на катушке, которое может повредить транзисторы и микросхемы.Защитный диод позволяет индуцированному напряжению пропускать кратковременный ток через катушку. (и диод), поэтому магнитное поле гаснет быстро, а не мгновенно. Это предотвращает индуцированное напряжение становится достаточно высоким, чтобы вызвать повреждение транзисторов и ИС.
Не хватает денег на проекты в области электроники? Продайте свой старый iPhone, iPad, MacBook или другое устройство Apple: macback.co.uk
Подключение транзистора к выходу включения / выключения цифровой ИС
Большинство ИС не могут обеспечивать большие выходные токи, поэтому может потребоваться использование транзистора. для переключения большего тока, необходимого для таких устройств, как лампы, двигатели и реле.Микросхема таймера 555 необычна тем, что может обеспечивать относительно большой ток до 200 мА, достаточно для многих реле и других нагрузок без транзистора.
Резистор базы ограничивает ток, протекающий в базу транзистора, чтобы предотвратить его повреждение. но он также должен пропускать достаточный базовый ток, чтобы транзистор был полностью насыщен. при включении.
Транзистор, который не полностью насыщен при включении, может перегреться и выйти из строя. особенно, если транзистор переключает большой ток (> 100 мА).
В следующем разделе объясняется, как выбрать транзистор и базовый резистор для обеспечения полного насыщения.
Переключение нагрузки с другим напряжением питания
Транзистор может использоваться для включения ИС, подключенной к источнику низкого напряжения (например, 5 В) для переключения тока нагрузки с отдельным источником постоянного тока (например, 12 В).
Два источника питания должны быть связаны. Обычно их 0В соединения связаны и транзистор NPN используется на выходе IC. Однако, если на выходе IC используется транзистор PNP, положительные (+) соединения вместо этого должны быть подключены.
Выбор транзистора и базового резистора для цифрового выхода ИМС
Следуйте этому пошаговому руководству, чтобы выбрать подходящий транзистор для подключения к выходу включения / выключения. цифровой ИС (логический вентиль, счетчик, PIC, микроконтроллер и т. д.) для переключения нагрузки, такой как лампа, двигатель или реле. Данные о транзисторах можно получить у большинства поставщиков, например см. Быстрая электроника.
1. Выберите правильный тип транзистора, NPN или PNP
Вы хотите, чтобы нагрузка включалась, когда выход IC высокий? Или когда он или низкий?
- Для включения, когда на выходе IC высокий , используйте NPN-транзистор .
- Для включения, когда на выходе микросхемы низкий уровень , используйте транзистор PNP .
Транзисторы NPN и PNP подключаются по-разному, как показано на схемах ниже, но Расчеты и требуемые свойства одинаковы для обоих типов транзисторов.
Транзисторный переключатель NPN
нагрузка включена, когда выход IC имеет высокий уровень
Транзисторный переключатель PNP
нагрузка включена, когда выход IC низкий
2.Узнайте напряжение (я) питания и характеристики нагрузки.
Для определения требуемых свойств транзистора вам необходимо знать следующие значения:
- Vs = напряжение питания нагрузки.
- R L = сопротивление нагрузки (например, сопротивление катушки реле).
- Ic = ток нагрузки (= Vs / R L ).
- Максимальный выходной ток микросхемы — см. Техническое описание микросхемы. Если вы не можете найти эту информацию, примите низкое значение, например 5 мА.
- Vc = напряжение питания IC (обычно это Vs, но оно будет другим, если IC и нагрузка имеют отдельные источники питания).
Примечание: не путайте IC (интегральная схема) с Ic (ток коллектора).
3. Определить требуемые свойства транзистора
Выберите транзистор правильного типа (NPN или PNP из шага 1), чтобы удовлетворить следующие требования:
- Максимальный ток коллектора транзистора Ic (макс.) должен быть больше тока нагрузки:
Ic (макс)> напряжение питания Vs сопротивление нагрузки R L - Минимальный коэффициент усиления по току транзистора h FE (мин) должен быть не менее 5
умноженный на ток нагрузки Ic, деленный на максимальный выходной ток IC.
ч FE (мин)> 5 × ток нагрузки Ic макс. IC current
4. Определите значение для базового резистора R B
Базовый резистор (R B ) должен пропускать ток, достаточный для обеспечения работы транзистора. полностью насыщен при включении, и хорошо бы увеличить ток базы (I B ) примерно в пять раз значение, которое просто насыщает транзистор.Воспользуйтесь приведенной ниже формулой, чтобы найти подходящее сопротивление для R B и выбрать ближайшее стандартное значение.
| R B = 0,2 × R L × h FE (см. Примечание) |
Примечание: Если ИС и нагрузка имеют разные напряжения питания, например 5 В для ИС но 12 В для нагрузки используйте формулу ниже для R B :
| R B = | Vc × h FE | , где Vc — напряжение питания IC |
| 5 × Ic |
5.Проверьте, нужен ли вам защитный диод
Если включаемой и выключаемой нагрузкой является двигатель, реле или соленоид (или любое другое устройство с катушкой): диод должен быть подключен к нагрузке, чтобы защитить транзистор от короткого замыкания. высокое напряжение, возникающее при отключении нагрузки. Обратите внимание, что диод подключен «наоборот», как показано на рисунке. на диаграммах выше.
Пример
Выход из КМОП-микросхемы серии 4000 необходим для работы реле с 100, включая ее, когда выход IC высокий.Напряжение питания составляет 6 В как для ИС, так и для нагрузки. ИС может обеспечивать максимальный ток 5 мА.
- Требуется транзистор NPN , потому что катушка реле должна быть включена, когда выход IC высокий.
- Ток нагрузки = Vs / R L = 6/100 = 0,06 A = 60 мА, поэтому транзистор должен иметь Ic (макс.)> 60 мА .
- Максимальный ток от ИС составляет 5 мА, поэтому транзистор должен иметь ч FE (мин)> 60 (5 × 60 мА / 5 мА).
- Выберите транзистор малой мощности общего назначения BC182 с Ic (макс.) = 100 мА и ч FE (мин) = 100 .
- R B = 0,2 × R L × h FE = 0,2 × 100 × 100 = 2000, поэтому выберите R B = 1k8 или 2k2 .
- Для катушки реле требуется защитный диод .
Rapid Electronics: транзисторы
Использование транзистора в качестве переключателя с датчиками
На схемах ниже показано, как подключить LDR (датчик освещенности) к транзистору, чтобы светочувствительный переключатель цепи на светодиоде. Есть две версии: одна включается в темноте, другая при ярком свете.Переменный резистор регулирует чувствительность. Для переключения светодиода можно использовать любой транзистор малой мощности общего назначения.
Если транзистор переключает нагрузку с помощью катушки (например, двигателя или реле) вместо светодиода, вы должны включить защитный диод поперек нагрузки.
Если переменный резистор находится между + Vs и базой, вы должны добавить резистор с фиксированным номиналом не менее 1к (10к в примере ниже) для защиты транзистора, когда переменный резистор уменьшен до нуля, в противном случае чрезмерная база ток разрушит транзистор.
Светодиод загорается, когда LDR находится в темноте
Светодиод загорается при яркости LDR
Обратите внимание, что переключающее действие этих простых схем не очень хорошее, потому что будет промежуточная яркость, когда транзистор будет частично на (не насыщенный). В этом состоянии транзистор может перегреться, если он не коммутирует небольшой ток. Нет проблем с небольшим током светодиода, но больший ток лампы, двигателя или реле может вызвать перегрев.
Другие датчики, например термистор, могут использоваться с этими схемами, но для них может потребоваться другой переменный резистор. Вы можете рассчитать приблизительное значение переменного резистора (Rv), используя мультиметр для определения минимального и максимального значений сопротивления датчика (Rmin и Rmax), а затем по этой формуле:
| Значение переменного резистора: Rv = квадратный корень из (Rmin × Rmax) |
Например, LDR: Rmin = 100, Rmax = 1M, поэтому Rv = квадратный корень из (100 × 1M) = 10к.
Вы можете сделать гораздо лучшую схему переключения с датчиками, подключенными к подходящему IC (чип). Действие переключения будет намного резче без частичного включения.
LM317 со схемой повышения внешнего тока
Популярная микросхема стабилизатора напряжения LM317 рассчитана на выдачу не более 1,5 А, однако добавление в схему повышающего транзистора внешнего тока позволяет модернизировать схему регулятора для работы с гораздо более высокими токами , и до любого желаемого уровня.
Вы, возможно, уже встречали схему фиксированного стабилизатора напряжения 78XX, которая была модернизирована для обработки более высоких токов, добавив к ней внешний силовой транзистор, IC LM317 не является исключением, и то же самое можно применить к этой универсальной схеме регулируемого регулятора напряжения в чтобы обновить его характеристики для обработки большого количества тока.
Стандартная схема LM317
На следующем изображении показана стандартная схема стабилизатора переменного напряжения IC LM317, использующая минимум компонентов в виде одного постоянного резистора и потенциометра 10 кОм.
Предполагается, что эта установка предлагает переменный диапазон от нуля до 24 В при входном напряжении 30 В. Однако, если мы рассмотрим диапазон тока, он не превышает 1,5 ампер независимо от входного тока питания, поскольку микросхема внутренне оборудована, чтобы пропускать только до 1,5 ампер и подавлять все, что может потребоваться выше этого предела.
Показанная выше конструкция, которая ограничена максимальным током 1,5 А, может быть модернизирована с помощью внешнего PNP-транзистора, чтобы повысить ток наравне с входным током питания, что означает, что после реализации этого обновления вышеуказанная схема сохранит свою переменную. Функция регулирования напряжения, тем не менее, сможет подавать на нагрузку полный входной ток питания, минуя внутреннюю функцию ограничения тока IC.
Расчет выходного напряжения
Для расчета выходного напряжения цепи питания LM317 можно использовать следующую формулу:
VO = VREF (1 + R2 / R1) + (IADJ × R2)
где is = VREF = 1,25
ADJ тока можно фактически игнорировать, так как он обычно составляет около 50 мкА и поэтому слишком мал.
Добавление внешнего усилителя Mosfet
Это усиление тока может быть реализовано путем добавления внешнего PNP-транзистора, который может быть в форме силового BJT или P-канального MOSFET, как показано ниже, здесь мы используем mosfet, сохраняющий вещи компактны и позволяют значительно улучшить характеристики.
В приведенной выше схеме Rx становится ответственным за обеспечение триггера затвора для МОП-транзистора, так что он может проводить в тандеме с LM317 IC и усиливать устройство дополнительным током, определяемым входным источником питания.
Первоначально, когда в схему подается входная мощность, подключенная нагрузка, которая может быть рассчитана на гораздо более высокий, чем 1,5 А, пытается получить этот ток через LM317 IC, и в процессе на RX создается пропорциональная величина отрицательного напряжения, заставляя MOSFET реагировать и включаться.
Как только срабатывает МОП-транзистор, все входное питание имеет тенденцию течь через нагрузку с избыточным током, но, поскольку напряжение также начинает увеличиваться за пределы уставки потенциометра LM317, LM317 получает обратное смещение.
Это действие на время отключает LM317, который, в свою очередь, отключает напряжение на Rx и питание затвора для МОП-транзистора.
Следовательно, МОП-транзистор также имеет тенденцию отключаться на мгновение, пока цикл снова не продлится, позволяя процессу продолжаться бесконечно с заданным регулированием напряжения и высокими требованиями к току.
Расчет резистора затвора МОП-транзистора
Rx можно рассчитать, как указано в:
Rx = 10 / 1A,
, где 10 — оптимальное напряжение срабатывания МОП-транзистора, а 1 ампер — это оптимальный ток через микросхему до развития Rx. это напряжение.
Следовательно, Rx может быть резистором 10 Ом с номинальной мощностью 10 x 1 = 10 Вт
Если используется силовой BJT, цифра 10 может быть заменена на 0,7 В
Хотя вышеупомянутое приложение повышения тока с использованием МОП-транзистор выглядит интересным, у него есть серьезный недостаток, так как эта функция полностью лишает ИС функции ограничения тока, что может привести к срыву или возгоранию МОП-транзистора в случае короткого замыкания на выходе.
Чтобы противостоять этой уязвимости, связанной с перегрузкой по току или коротким замыканием, другой резистор в форме Ry может быть установлен с выводом истока МОП-транзистора, как показано на следующей схеме.
Резистор Ry должен создавать противодействующее напряжение на самом себе всякий раз, когда выходной ток превышает заданный максимальный предел, так что противодействующее напряжение на источнике МОП подавляет напряжение срабатывания затвора МОП-транзистора, вызывая полное отключение в течение МОП-транзистор, предотвращая тем самым возгорание МОП-транзистора.
Эта модификация выглядит довольно простой, однако вычисление Ry может немного сбить с толку, и я не хочу исследовать его глубже, поскольку у меня есть более приличная и надежная идея, которая, как можно ожидать, выполнит полный контроль тока для обсуждаемого подвесного двигателя LM317. схема применения повышающего транзистора.
Использование BJT для управления током
Конструкцию для выполнения вышеуказанной конструкции, оснащенной повышающим током, а также защитой от короткого замыкания и перегрузки, можно увидеть ниже:
Пара резисторов, и BC547 BJT — все, что может потребуются для включения желаемой защиты от короткого замыкания в модифицированную схему повышения тока для LM317 IC.
Теперь вычисление Ry становится чрезвычайно простым и может быть вычислено по следующей формуле:
Ry = 0,7 / предел тока.
Здесь 0,7 — это напряжение срабатывания BC547, а «предел тока» — это максимальный допустимый ток, который может быть указан для безопасной работы МОП-транзистора, допустим, этот предел установлен равным 10 А, тогда Ry можно рассчитать как :
Ry = 0,7 / 10 = 0,07 Ом.
Вт = 0,7 x 10 = 7 Вт.
Итак, теперь, когда ток имеет тенденцию пересекать вышеуказанный предел, BC547 проводит, заземляя контакт ADJ IC и отключая выход Vout для LM317
Использование BJT для повышения тока
Если вы не слишком увлечены используя mosfet, в этом случае вы, вероятно, могли бы применить BJT для требуемого повышения тока, как показано на следующей диаграмме:
Предоставлено: Texas Instruments
Регулируемое напряжение / ток LM317 Сильноточный регулятор
На следующей схеме показан сильно регулируемый LM317 на основе сильноточный источник питания, который обеспечит выходной ток более 5 ампер и переменное напряжение от 1 до 1.От 2 В до 30 В.
На рисунке выше мы видим, что регулирование напряжения реализовано в стандартной конфигурации LM317 через потенциометр R6, который соединен с выводом ADJ LM317.
Тем не менее, конфигурация операционного усилителя специально включена, чтобы иметь полезную полномасштабную регулировку высокого тока в диапазоне от минимального до максимального 5 ампер.
Сильноточный импульс 5 А, доступный в этой конструкции, может быть дополнительно увеличен до 10 А путем соответствующей модернизации внешнего транзистора MJ4502 PNP.
Инвертирующих входной контакт # 2 из операционного усилителя используются в качестве опорного входного сигнала, который устанавливается на горшке R2. Другой неинвертирующий вход используется как датчик тока. Напряжение, возникающее на R6 через резистор ограничителя тока R3, сравнивается с опорным значением R2, которое позволяет выходу операционного усилителя становиться низким, как только будет превышен максимальный установленный ток.
Низкий уровень на выходе операционного усилителя заземляет вывод ADJ LM317, отключая его, а также выходной источник питания, который, в свою очередь, быстро снижает выходной ток и восстанавливает работу LM317.Непрерывный режим включения / выключения гарантирует, что ток никогда не может превысить установленный порог, регулируемый R2.
Максимальный уровень тока можно также изменить, настроив значение резистора ограничения тока R3.
О Swagatam
Я инженер-электроник (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть запрос, связанный со схемой, вы можете взаимодействовать с ним через комментарии, я буду очень рад помочь!
Регулятор напряжения на транзисторе
Стабилизатор напряжения с транзистором обычно состоит из биполярного транзистора (bjt), способного выдерживать большие токи в конфигурации эмиттерного повторителя, управляемого стабилитроном и резистором. делитель потенциала (PD) сетевой. Сначала мы используем стабилитрон и резистор на входной шине, чтобы создать PD, обеспечивающий регулируемый выход.Этот выход PD затем управляет базовым переходом транзистора, поэтому его выход также регулируется. Преимущество использования транзистора с эмиттерным повторителем заключается в том, что он обеспечивает более высокую мощность, чем один стабилитрон.
Эти типы цепей обычно используются в кассетные магнитофоны для подачи стабилизированного напряжения на двигатель постоянного тока. Таким образом, по мере разряда батарей двигатель получает одинаковое напряжение, тем самым поддерживая постоянную скорость.
Для типа транзистора необходимо обращать внимание на его способность выдерживать ток и значение h FE .Многие транзисторы общего назначения могут выдерживать токи до 1 А, и они полезны, если все, что вам нужно, составляет 500 мА или меньше.
Если транзистор h FE был 50, и вам нужно было обеспечить выходной ток 500 мА к устройству, то мы должны помнить следующую формулу из теории транзисторов класс.
ч FE = I OUT / I B
Следовательно, при перестановке получаем
I B = I ВЫХ / ч FE
I B = 0.5/50
I B = 0,010 A
Ток, проходящий через резистор R, разделяется между стабилитроном и базовым переходом, поэтому применяется следующая идентичность.
I R = I Z + I B
Мы находим из документации по стабилитрону , что нам необходимо, чтобы через стабилитрон проходил не менее 10 мА (или 0,010 А), чтобы поддерживать его в области пробоя, поэтому мы можем рассчитать I R следующим образом.
I R = 0,01 + 0,01
I R = 0,02 А
Если мы использовали стабилитрон с напряжением 6,8 В, а напряжение питания должно было быть 10 В, то падение напряжения на резисторе R составит 3,2 В, потому что мы вычитаем два напряжения, так как это частичный разряд.
Теперь, когда у нас есть напряжение на резисторе R и ток, протекающий через него, остается просто использовать закон Ома для вычисления его значения.
R = V / I
R = 3.2 / 0,02
R = 160 Ом
Требования к питанию
Когда выходной ток схемы равен нулю (когда мы снимаем нагрузку), весь ток (0,02 А) пройдет через резистор R и стабилитрон. Поскольку нам известны напряжения на обоих элементах PD и ток, протекающий через них, мы можем рассчитать их требования к мощности.
Мощность = ток × Напряжение
Требуемая мощность стабилитрона = 0,02 × 6,8
Требуемая мощность стабилитрона = 0.136 Вт
Требуемая мощность резистора= 0,02 × 3,2
Требуемая мощность резистора= 0,064 Вт
Как вы можете видеть, требования к мощности стабилитрона очень малы, потому что нам нужен очень небольшой ток от PD, идущий к базе bjt, а bjt управляет мощностью через нагрузку.
.