Стабілізатори струму
Стабілізатори струму. Види та пристрій. Робота та застосування
Стабілізатори струму призначені для стабілізації струму на навантаженні. Напруга на навантаженні залежить від його опору. Стабілізатори необхідні для функціонування різних електронних приладів, наприклад,газорозрядні лампи.
Для якісного заряду акумуляторів також необхідні стабілізатори струму. Вони використовуються в мікросхемах для настроювання струму каскадів перетворення та посилення. У мікросхемах вони відіграють роль генератора струму. Уелектричних ланцюгах завжди є різного роду перешкоди. Вони негативно впливають на дію приладів та електричних пристроїв. З такою проблемою легко справляються стабілізатори струму.
Відмінною рисою стабілізаторів струму є їхній значний вихідний опір. Це дає можливість виключити вплив напруги на вході та опору навантаження на значення струму на виході пристрою. Стабілізатори струму підтримують вихідний струм у певних межах, змінюючи при цьому напруга таким чином, що струм, що протікає навантаження, залишається постійним.
Пристрій та принцип дії
На нестабільність навантажувального струму впливає значення опору та напруги на вході. Розглянемо приклад, у якому опір навантаження постійно, а напруга на вході підвищується. Струм навантаження при цьому також зростає.
В результаті цього підвищиться струм і напруга на опорах R1 і R2. Напруга стабілітрона стане рівною сумі напруг опорів R1, R2 і на переході VT1 база-емітер:Uvd1=UR1+UR2+UVT1(б/е)
Напруга на VD1 не змінюється при змінному вхідному напрузі. Внаслідок цього струм на переході база-емітер знизиться і підвищитьсяопір між клемами емітер-колектор. Сила струму на переході колектор-емітер і навантажувальний опір стане знижуватися, тобто переходити до початкової величини. Так виконується вирівнювання струму та підтримка його на одному рівні.
Розглянемо елементарну схему із застосуваннямпольового транзистора.
Навантажувальний струм проходить через R1. Струм у ланцюзі: «+» джерела напруги, сток-затвор VТ1, опір навантаження, негативний полюс джерела – дуже незначний, так як сток-затвор має зсув у зворотний бік.
Напруга на R1 позитивна: зліва «-», праворуч напруга дорівнює напрузі правого плеча опору. Тому напруга затвора щодо витоку мінусова. При зниженні опору навантаження, струм підвищується. Тому напруга затвора проти витоком має ще більшу різницю. Внаслідок цього транзистор закривається сильніше.
При більшому закритті транзистора струм навантаження знизиться, і повернеться до початкової величини.
Види стабілізаторів струму
Існує безліч різних видів стабілізаторів залежно від їх призначення та принципу роботи. Розглянемо докладніше основні такі пристрої.
Стабілізатори на резисторі
В елементарному випадку генератором струму може бути схема, що складається з блоку живлення та опору. Подібна схема часто використовується для підключення світлодіода, що виконує функції індикатора.
З недоліків такої схеми можна назвати необхідність використання високовольтного джерела. Тільки за такої умови можна використовувати резистор, що має високий опір, та отримати хорошу стабільність струму. На опорі розсіюється потужністьP = I 2 х R.
Стабілізатори на транзисторах
Значно краще функціонують стабілізатори струму, зібрані натранзисторах.
Можна налаштувати падіння напруги таким чином, що воно буде дуже маленьким. Це дає можливість зниження втрат за хорошої стабільності струму на виході. На виході транзистора опір дуже великий. Така схема застосовується для підключення світлодіодів або заряджання акумуляторних батарей малої потужності.
Напруга на транзисторі визначається стабілітроном VD1. R2 відіграє роль датчика струму та обумовлює струм на виході стабілізатора. При збільшенні струму падіння напруги на цьому резистори стає більше. Напруга надходить на емітер транзистора. У результаті напруга на переході база-емітер, яка дорівнює різниці напруги бази та емітерної напруги, знижується, і струм повертається до заданої величини.
Схема струмового дзеркала
Аналогічно функціонують генератори струму. Популярною схемою таких генераторів є «струмове дзеркало», в якій замість стабілітрону застосовується біполярний транзистор, а точніше, емітерний перехід. Замість опору R2 застосовується опір емітера.
Стабілізатори струму на полевику
Схема із застосуванням польових транзисторів простіша. У ній як стабілізатор напруги можна застосовувати потенціал землі.
Пристрої на мікросхемі
У попередніх схемах є елементи порівняння та регулювання. Аналогічна структура схеми застосовується під час проектування пристроїв, що вирівнюють напругу. Відмінність пристроїв, що стабілізують струм і напруга, полягає в тому, що ланцюг зворотного зв'язку сигнал приходить від датчика струму, який підключений до ланцюга навантажувального струму.Тому для створення стабілізаторів струму використовують популярні мікросхеми 142 ЕН 5 або LМ 317.
Тут роль датчика струму грає опір R1, на якому стабілізатор підтримує постійну напругу та струм навантаження. Величина опору датчика значно нижча, ніж опір навантаження. Зниження напруги на датчику впливає напругу виходу стабілізатора. Подібна схема добре поєднується із зарядними пристроями, світлодіодами.
Імпульсний стабілізатор
Високі ККД мають імпульсні стабілізатори, виконані на основі ключів. Вони здатні при незначній напрузі входу створювати високу напругу споживача. Така схема зібрана на мікросхеміМАХ 771.
Опір R1 і R2 відіграють роль дільників напруги на виході мікросхеми. Якщо напруга на виході мікросхеми стає вищою за опорне значення, то мікросхема знижує вихідну напругу, і навпаки.
Якщо схему змінити таким чином, щоб мікросхема реагувала та регулювала струм на виході, то вийде стабілізоване джерело струму.
При падінні напруги на R3 нижче 1,5, схема працює в якості стабілізатора напруги. Як тільки навантажувальний струм підвищується до певного рівня, то на резисторі R3 падіння напруги стає більшим, і схема діє як стабілізатор струму.
Опір R8 підключається за схемою тоді, коли напруга стає вище 16,5 В. Опір R3 задає струм. Негативним моментом цієї схеми можна відзначити значне падіння напруги на струмовимірювальному опорі R3. Цю проблему можна вирішити шляхом підключення операційного підсилювача посилення сигналу з опору R3.
Стабілізатори струму для світлодіодів
Виготовити такепристрій самостійно можна із застосуванням мікросхеми LМ 317. Для цього залишиться лише підібрати резистор. Живлення для стабілізатора доцільно застосовувати наступне:
- Блок від принтера на 32 ст.
- Блок від ноутбука на 19 ст.
- Будь-який блок живлення на 12 ст.
Перевагою такого пристрою є низька вартість, простота конструкції, підвищена надійність. Складну схему немає сенсу збирати самостійно, простіше її придбати.