Стабілізатор струму
Пристрій та принцип дії джерела стабільного струму.(10+)
Джерело струму. Принцип дії. Розрахунок
Джерела стабільного струму застосовуються, коли потрібно забезпечити заданий струм незалежно від напруги та опору навантаження. Джерело (генератор) струму має великий диференціальний опір. Це означає, що сила струму через генератор струму в робочому режимі залежить від напруги на ньому. В ідеалі диференціальний опір джерела струму має дорівнювати нескінченності, тобто струм не повинен залежати від напруги. Реальні джерела струму мають диференціальний опір від 1 МОм.
Позначення джерела (стабілізатора, генератора) струму на схемах
Вашій увазі добірки матеріалів:
Типові реалізації джерела, генератора струму
Наведені схеми мають низку серйозних недоліків. СхемаA1на польовому транзисторі - одна з найгірших реалізацій. Розрахувати її параметри неможливо, оскільки вони залежить від індивідуальних особливостей екземпляра польового транзистора. Потрібний струм встановлюється підбором резистора. Схема може функціонувати, коли опір резистора дорівнює 0. Диференціальний опір (а значить стабільність струму) схеми невисокий, нерідко він буває менше 200 кОм. На роботу цього варіанта дуже впливає температура польового транзистора. Перевага одна - це справді двополюсник. Він не вимагає підведення додаткового живлення. Це дуже важливо у деяких схемах.
СхемаA2має набагато кращі характеристики. У разі застосування транзисторівз великим коефіцієнтом передачі струму схема може мати диференціальний опір вище 1 МОм (10 МОм, або навіть більше). Але виведення у схеми не два, а три. Так що вона може бути включена тільки в деякі електронні схеми, в яких один висновок джерела струму підключений до шини живлення або загального дроту, і є можливість підвести до одного з висновків загальний провід або живлення відповідно. На малюнку наведено схему з підключенням до шини живлення. Схема з підключенням до загального дроту виглядає аналогічно з тією різницею, що її треба перевернути і поміняти провідність транзистора і полярність стабілітрона.
Зверніть увагу, що у схемі як джерело опорної напруги використовується стабілітрон. Для стабілітронів характерна залежність напруги стабілізації від температури. Пам'ятайте про це під час проектування джерел струму. Стабілітрон може бути джерелом шумів. Щоб зменшити їх вплив на роботу пристрою паралельно стабілітрон можна підключити керамічний конденсатор ємність 0.1 мкФ.
Розрахунок транзисторного джерела струму
Принцип дії наведеної схеми заснований на тому, що напруга на резисторіR1підтримується рівним напрузі на стабілітроні мінус напруга насичення емітерного переходу транзистора. Напруга на резисторі пропорційна струму навантаження. Тому цей струм також підтримується на заданому рівні. Якщо струм навантаження падає, то напруга на резистори також падає. Струм бази транзистора зростає, що призводить до відкриття транзистора та зростання струму. Якщо струм навантаження зростає, транзистор навпаки закривається.
Орієнтовний розрахунок транзисторного джерела струму можна здійснити так. Вибираємо стабілітрон. Обчислюємо напругу на резисторі R1.
[Напруга на резисторі R1,]= [Напруга стабілізації стабілітрона, В] - [Напруга насичення емітерного переходу транзистора, В]
З необхідної сили струму, визначаємо опір резистора R1.
[Опір резистора R1, Ом] = [Напруга на резисторі R1, В] / [Необхідна сила струму джерела, А]
[Опір резистора R2, Ом] = 0.8 * ([Напруга живлення, В] - [Напруга стабілізації стабілітрона, В]) * [Коефіцієнт передачі струму транзистора] / [Необхідна сила струму джерела, А]
[Максимально можлива напруга на навантаженні, В] = [Напруга живлення, В] - [Напруга на резисторі R1, В] - [Напруга насичення колектор - емітер транзистора,]
[Потужність транзистора, Вт] = ([Напруга живлення, В] - [Напруга на резисторі R1, В]) * [Необхідна сила струму джерела, А]
[Потужність стабілітрона, Вт] = 0.25 * [Необхідна сила струму джерела, А] * [Напруга стабілізації стабілітрона, В] / [Коефіцієнт передачі струму транзистора]
[Потужність резистора R1, Вт] = [Напруга на резисторі R1, В] * [Необхідна сила струму джерела, А]
[Потужність резистора R2, Вт] = ([Напруга живлення, В] - [Напруга стабілізації стабілітрона, В]) ^ 2 / [Опір резистора R2, Ом]