Генератор стабильного тока на биполярных транзисторах. Генераторы тока на биполярных транзисторах: принцип работы, расчет и применение

В обоих случаях используется схема включения транзистора с общим коллектором (эмиттерный повторитель). Эта схема называется эмиттерным повторителем, потому что изменение напряжения на эмиттере (Uэ) повторяет изменение напряжения на базе (в нашем случае это Uстаб).

Основные параметры генератора тока

При разработке и расчете генератора тока важно учитывать следующие параметры:

1. Величина требуемого стабильного тока (Iист) — ток, который подается в нагрузку и не должен изменяться под воздействием внешних факторов.
2. Максимальное сопротивление нагрузки (Rнагр max) — определяет верхний предел сопротивления нагрузки, при котором генератор тока должен сохранять свои характеристики.
3. Минимально возможное напряжение источника питания (Uпит min) — необходимое для корректной работы схемы.

Методика расчета генератора тока

При расчете генератора тока необходимо выполнить следующие шаги:

1. Определить максимальное напряжение на нагрузке:

   Uнагр max = Iист * Rнагр max

2. Вычислить запас по напряжению:

   Uзап = Uпит — Uнагр max

3. Выбрать напряжение стабилизации стабилитрона:

   Uстаб max = Uзап — Uкэ + Uбэ

   где Uкэ — напряжение коллектор-эмиттер (рекомендуется не менее 3В), Uбэ — напряжение база-эмиттер.
4. Рассчитать сопротивление эмиттера:

   Rэ = (Uстаб — Uбэ) / Iист

Управление током генератора

Исходя из формулы расчета Rэ, можно выделить два способа управления током генератора:

• Изменение напряжения стабилизации (Uстаб)
• Изменение сопротивления эмиттера (Rэ)

При этом важно учитывать, что Uстаб должно быть больше Uбэ, иначе схема окажется неработоспособной. Рекомендуется выбирать Uстаб в 6-7 раз больше Uбэ.

Пример расчета генератора тока

Рассмотрим пример расчета генератора тока со следующими требованиями:

• Iист = 20 мА
• Rнагр max = 3 кОм
• Uпит = 50 В
• Нагрузка привязана к +Uпит

Проверим возможность создания такого генератора тока:

Uнагр max = Iист * Rнагр max = 0.02 * 3000 = 60 В

Мы видим, что заданное Uпит (50 В) меньше требуемого Uнагр max (60 В). Это означает, что мы не сможем обеспечить требуемый ток в нагрузке при максимальном сопротивлении Rнагр.

Решение проблемы: уменьшение тока генератора

Чтобы решить эту проблему, можно попробовать уменьшить ток генератора. Это можно сделать двумя способами:

1. Уменьшение Uстаб
2. Увеличение Rэ

Ток при этом определяется по формуле:

Iист = (Uстаб — Uбэ) / Rэ

Допустим, нам удалось согласовать изменение величины тока. Теперь нужно определить, какая величина Iист нас устроит, учитывая, что Uстаб желательно выбрать не менее 6 * Uбэ.

Применение генераторов тока

Генераторы тока находят широкое применение в различных областях электроники и электротехники. Вот некоторые из их основных применений:

• Зарядные устройства для аккумуляторов
• Светодиодные драйверы
• Измерительные приборы
• Аналоговые вычислительные схемы
• Источники опорного тока в интегральных схемах

Преимущества и недостатки генераторов тока

Как и любое техническое решение, генераторы тока имеют свои преимущества и недостатки:

Преимущества:

• Стабильность тока независимо от изменения сопротивления нагрузки
• Возможность точного контроля тока в широком диапазоне нагрузок
• Простота реализации в интегральных схемах

Недостатки:

• Ограничение по максимальному напряжению на нагрузке
• Чувствительность к температурным изменениям
• Необходимость учета рассеиваемой мощности на элементах схемы

Заключение

Генераторы тока на биполярных транзисторах представляют собой простые и эффективные схемы для создания стабильного тока в различных электронных устройствах. Понимание принципов их работы и методики расчета позволяет разрабатывать надежные источники тока для широкого спектра применений.

При проектировании генератора тока важно учитывать особенности конкретной задачи, такие как требуемый диапазон токов, максимальное сопротивление нагрузки и доступное напряжение питания. Правильный выбор компонентов и тщательный расчет параметров схемы позволяют создать генератор тока, отвечающий всем необходимым требованиям.

Полупроводниковая схемотехника

Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. М.: Мир, 1982. — 512 с. В книге специалистов из ФРГ приведены параметры и описана структура современных полупроводниковых приборов и интегральных микросхем с различной степенью интеграции. Изложены принципы построения и методы расчета основных схем автоматики, радиоэлектроники и вычислительной техники. Для специалистов в области электронной и вычислительной техники, студентов соответствующих специальностей вузов и радиолюбителей. Оглавление Предисловие редактора перевода Часть I. Основные положения 1. Пояснение применяемых величин 2. Пассивные RC- и LRC- цепи 2.1. ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ 2.1.3. ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ФРОНТА ИМПУЛЬСА И ЧАСТОТА СРЕЗА ФИЛЬТРА 2.2. ФИЛЬТР ВЕРХНИХ ЧАСТОТ 2.3. КОМПЕНСИРОВАННЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ 2.4. ПАССИВНЫЙ ПОЛОСОВОЙ RC-ФИЛЬТР 2.5. МОСТ ВИНА-РОБИНСОНА 2.6. ДВОЙНОЙ Т-ОБРАЗНЫЙ ФИЛЬТР 2.7. КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР 3. Диоды 3.2. СТАБИЛИТРОНЫ 3.3. ВАРИКАПЫ 4. Транзистор и схемы на его основе 4.2. СХЕМА С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ 4.2.2. НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ 4.2.3. СХЕМА С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ И ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ ПО ТОКУ 4.2.4. ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ ПО НАПРЯЖЕНИЮ 4.2.5. УСТАНОВКА РАБОЧЕЙ ТОЧКИ 4.3. СХЕМА С ОБЩЕЙ БАЗОЙ 4.4. СХЕМА С ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ, ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ 4.5. ТРАНЗИСТОР КАК ИСТОЧНИК СТАБИЛЬНОГО ТОКА 4.5.2. БИПОЛЯРНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ 4.5.3. СХЕМА «ТОКОВОГО ЗЕРКАЛА» 4.6. СХЕМА ДАРЛИНГТОНА 4.7. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ 4.7.2. РЕЖИМ БОЛЬШОГО СИГНАЛА 4.7.3. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ ПО ТОКУ 4. 7.4. НАПРЯЖЕНИЕ РАЗБАЛАНСА 4.8. ИЗМЕРЕНИЕ НЕКОТОРЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ МАЛОМ СИГНАЛЕ 4.9. ШУМЫ ТРАНЗИСТОРА 4.10. ПРЕДЕЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ 5. Полевые транзисторы 5.2. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ МАЛЫХ СИГНАЛОВ 5.3. ПРЕДЕЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ 5.4. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ 5.4.1. СХЕМА С ОБЩИМ ИСТОКОМ 5.4.2. СХЕМА С ОБЩИМ ЗАТВОРОМ 5.4.3. СХЕМА С ОБЩИМ СТОКОМ, ИСТОКОВЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ 5.5. ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР КАК СТАБИЛИЗАТОР ТОКА 5.6. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ 5.7. ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР В КАЧЕСТВЕ УПРАВЛЯЕМОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ 6. Операционный усилитель 6.1. СВОЙСТВА ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ 6.2. ПРИНЦИП ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ 6.3. НЕИНВЕРТИРУЮЩИЙ УСИЛИТЕЛЬ 6.4. ИНВЕРТИРУЮЩИЙ УСИЛИТЕЛЬ 7. Внутренняя структура операционных усилителей 7.2. ПРОСТЕЙШИЕ СХЕМЫ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ 7.3. СТАНДАРТНАЯ СХЕМА ИНТЕГРАЛЬНОГО ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ 7.4. КОРРЕКЦИЯ ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ 7.4. 2. ПОЛНАЯ ЧАСТОТНАЯ КОРРЕКЦИЯ 7.4.3. ПОДСТРАИВАЕМАЯ ЧАСТОТНАЯ КОРРЕКЦИЯ 7.4.4. СКОРОСТЬ НАРАСТАНИЯ 7.4.5. КОМПЕНСАЦИЯ ЕМКОСТНОЙ НАГРУЗКИ 7.5. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ 8. Простейшие переключающие схемы 8.1. ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ 8.2. БИСТАБИЛЬНЫЕ РЕЛАКСАЦИОННЫЕ СХЕМЫ 8.2.2. ТРИГГЕР ШМИТТА 8.3. МОНОСТАБИЛЬНАЯ РЕЛАКСАЦИОННАЯ СХЕМА 8.4. НЕСТАБИЛЬНАЯ РЕЛАКСАЦИОННАЯ СХЕМА 9. Базовые логические схемы 9.1. ОСНОВНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ 9.2. СОСТАВЛЕНИЕ ЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 9.2.1. ТАБЛИЦА КАРНО 9.3. ПРОИЗВОДНЫЕ ОСНОВНЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 9.4. СХЕМОТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ОСНОВНЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 9.4.1. РЕЗИСТИВНО-ТРАНЗИСТОРНАЯ ЛОГИКА (РТЛ) 9.4.2. ДИОДНО-ТРАНЗИСТОРНАЯ ЛОГИКА (ДТЛ) 9.4.3. ТРАНЗИСТОРНО-ТРАНЗИСТОРНАЯ ЛОГИКА (ТТЛ) 9.4.4. ИНТЕГРАЛЬНАЯ ИНЖЕКЦИОННАЯ ЛОГИКА 9.4.5. ЭМИТТЕРНО-СВЯЗАННАЯ ЛОГИКА (ЭСЛ) 9.4.6. n-КАНАЛЬНАЯ МОП-ЛОГИКА 9.4.7. КОМПЛЕМЕНТАРНАЯ МОП-ЛОГИКА (КМОП) 9.4.8. ОБЗОР 9. 4.9. СПЕЦИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ВЫХОДНЫХ КАСКАДОВ 9.5. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ТРИГГЕРЫ 9.5.2. ТРИГГЕРЫ ТИПА M-S (MASTER-SLAVE) 9.5.3. ДИНАМИЧЕСКИЙ ТРИГГЕР 9.6. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА 9.6.2. ПОСТОЯННЫЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА (ПЗУ) 9.6.3. ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ МАТРИЦЫ (ПЛМ) 10. Оптоэлектронные приборы 10.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ФОТОМЕТРИИ 10.2. ФОТОРЕЗИСТОР 10.3. ФОТОДИОДЫ 10.4. ФОТОТРАНЗИСТОРЫ 10.5. СВЕТОДИОДЫ 10.6. ОПТРОНЫ Часть II. Применения 11. Линейные и нелинейные аналоговые вычислительные схемы 11.1. СХЕМА СУММИРОВАНИЯ 11.2. СХЕМЫ ВЫЧИТАНИЯ 11.2.2. СХЕМА ВЫЧИТАНИЯ НА ОПЕРАЦИОННОМ УСИЛИТЕЛЕ 11.3. БИПОЛЯРНОЕ УСИЛИТЕЛЬНОЕ ЗВЕНО 11.4. СХЕМЫ ИНТЕГРИРОВАНИЯ 11.4.1. ИНВЕРТИРУЮЩИЙ ИНТЕГРАТОР 11.4.2. ЗАДАНИЕ НАЧАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ 11.4.3. СУММИРУЮЩИЙ ИНТЕГРАТОР 11.4.4. НЕИНВЕРТИРУЮЩИЙ ИНТЕГРАТОР 11.5. СХЕМЫ ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЯ 11.5.3. СХЕМА ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЯ С ВЫСОКИМ ВХОДНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ 11. 6. РЕШЕНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ 11.7. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ 11.7.2. ЭКСПОНЕНТА 11.7.3. ВЫЧИСЛЕНИЕ СТЕПЕННЫХ ФУНКЦИЙ С ПОМОЩЬЮ ЛОГАРИФМОВ 11.7.4. ФУНКЦИИ SIN X И COS X 11.7.5. ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ 11.8. АНАЛОГОВЫЕ СХЕМЫ УМНОЖЕНИЯ 11.8.2. УМНОЖЕНИЕ С ПОМОЩЬЮ ЛОГАРИФМИЧЕСКИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ 11.8.3. СХЕМА УМНОЖЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ ИЗМЕНЕНИЕ КРУТИЗНЫ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНЗИСТОРОВ 11.8.4. СХЕМА УМНОЖЕНИЯ С ИЗОЛИРОВАННЫМИ ЗВЕНЬЯМИ 11.8.5. БАЛАНСИРОВКА СХЕМ УМНОЖЕНИЯ 11.8.6. СХЕМЫ ЧЕТЫРЕХКВАДРАНТНОГО УМНОЖЕНИЯ 11.8.7. ПРИМЕНЕНИЕ СХЕМЫ УМНОЖЕНИЯ ДЛЯ ДЕЛЕНИЯ И ИЗВЛЕЧЕНИЯ КВАДРАТНЫХ КОРНЕЙ 11.9. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ КООРДИНАТ 11.9.2. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ДЕКАРТОВЫХ КООРДИНАТ В ПОЛЯРНЫЕ 12. Управляемые источники и схемы преобразования полного сопротивления 12.1. ИСТОЧНИКИ НАПРЯЖЕНИЯ, УПРАВЛЯЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЕМ 12.2. ИСТОЧНИКИ НАПРЯЖЕНИЯ, УПРАВЛЯЕМЫЕ ТОКОМ 12.3. ИСТОЧНИКИ ТОКА, УПРАВЛЯЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЕМ 12. 3.2. ИСТОЧНИКИ ТОКА С ЗАЗЕМЛЕННОЙ НАГРУЗКОЙ 12.3.3. ЭТАЛОННЫЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА НА ТРАНЗИСТОРАХ 12.3.4. ПЛАВАЮЩИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА 12.4. ИСТОЧНИКИ ТОКА, УПРАВЛЯЕМЫЕ ТОКОМ 12.5. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ОТРИЦАТЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ (NIC) 12.6. ГИРАТОР 12.7. ЦИРКУЛЯТОР 13. Активные фильтры 13.1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ФИЛЬТРОВ НИЖНИХ ЧАСТОТ 13.1.1. ФИЛЬТР БАТТЕРВОРТА 13.1.2. ФИЛЬТР ЧЕБЫШЕВА 13.1.3. ФИЛЬТРЫ БЕССЕЛЯ 13.1.4. ОБОБЩЕННОЕ ОПИСАНИЕ ФИЛЬТРОВ 13.2. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ НИЖНИХ ЧАСТОТ В ВЕРХНИЕ 13.3. РЕАЛИЗАЦИЯ ФИЛЬТРОВ НИЖНИХ И ВЕРХНИХ ЧАСТОТ ПЕРВОГО ПОРЯДКА 13.4. РЕАЛИЗАЦИЯ ФИЛЬТРОВ НИЖНИХ И ВЕРХНИХ ЧАСТОТ ВТОРОГО ПОРЯДКА 13.4.2. ФИЛЬТР СО СЛОЖНОЙ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ 13.4.3. ФИЛЬТР С ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ 13.4.4. ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ С ОМИЧЕСКОЙ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ 13.5. РЕАЛИЗАЦИЯ ФИЛЬТРОВ ВЕРХНИХ И НИЖНИХ ЧАСТОТ БОЛЕЕ ВЫСОКОГО ПОРЯДКА 13.6. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ФИЛЬТРА НИЖНИХ ЧАСТОТ В ПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР 13. 6.1. ПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР ВТОРОГО ПОРЯДКА 13.6.2. ПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР ЧЕТВЕРТОГО ПОРЯДКА 13.7. РЕАЛИЗАЦИЯ ПОЛОСОВЫХ ФИЛЬТРОВ ВТОРОГО ПОРЯДКА 13.7.2. ПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР СО СЛОЖНОЙ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ 13.7.3. ПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР С ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ 13.7.4. ПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР С ОМИЧЕСКОЙ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ 13.8. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ФИЛЬТРОВ НИЖНИХ ЧАСТОТ В ЗАГРАЖДАЮЩИЕ ПОЛОСОВЫЕ ФИЛЬТРЫ 13.9. РЕАЛИЗАЦИЯ ЗАГРАЖДАЮЩИХ ФИЛЬТРОВ ВТОРОГО ПОРЯДКА 13.9.1. ЗАГРАЖДАЮЩИЙ LRC-ФИЛЬТР 13.9.2. АКТИВНЫЙ ЗАГРАЖДАЮЩИЙ ФИЛЬТР С ДВОЙНЫМ Т-ОБРАЗНЫМ МОСТОМ 13.9.3. АКТИВНЫЙ ЗАГРАЖДАЮЩИЙ ФИЛЬТР С МОСТОМ ВИНА-РОБИНСОНА 13.10. ФАЗОВЫЙ ФИЛЬТР 13.10.2. РЕАЛИЗАЦИЯ ФАЗОВОГО ФИЛЬТРА ПЕРВОГО ПОРЯДКА 13.10.3. РЕАЛИЗАЦИЯ ФАЗОВОГО ФИЛЬТРА ВТОРОГО ПОРЯДКА 13.11. ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ФИЛЬТР 14. Широкополосные усилители 14.1. ЗАВИСИМОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ ПО ТОКУ ОТ ЧАСТОТЫ 14.2. ВЛИЯНИЕ ВНУТРЕННИХ ЕМКОСТЕЙ ТРАНЗИСТОРА И ЕМКОСТЕЙ МОНТАЖА 14. 3. КАСКОДНАЯ СХЕМА 14.4. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ КАК ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ 14.5. СИММЕТРИЧНЫЙ ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ 14.5.2. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С ИНВЕРТОРОМ 14.5.3. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С КОМПЛЕМЕНТАРНОЙ КАСКОДНОЙ СХЕМОЙ 14.5.4. ДВУХТАКТНЫЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ 14.6. ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ 14.6.2. ДВУХТАКТНЫЙ ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ 14.7. ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ 15. Усилители мощности 15.1. ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ КАК УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ 15.2. КОМПЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ 15.2.2. КОМПЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ В РЕЖИМЕ AB 15.2.3. СПОСОБЫ ЗАДАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ СМЕЩЕНИЯ 15.3. СХЕМЫ ОГРАНИЧЕНИЯ ТОКА 15.4. КОМПЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ ПО СХЕМЕ ДАРЛИНГТОНА 15.5. РАСЧЕТ МОЩНОГО ОКОНЕЧНОГО КАСКАДА 15.6. СХЕМЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ 15.7. ПОВЫШЕНИЕ НАГРУЗОЧНОЙ СПОСОБНОСТИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ 16. Источники питания 16. 1. СВОЙСТВА СЕТЕВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ 16.2. ВЫПРЯМИТЕЛИ 16.2.1. ОДНОПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ 16.2.2. МОСТОВОЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ 16.2.3. МОСТОВОЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ ДЛЯ ДВУХ СИММЕТРИЧНЫХ ОТНОСИТЕЛЬНО ЗЕМЛИ ВЫХОДНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ 16.3. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЯ 16.3.2. СХЕМА С РЕГУЛИРУЮЩИМ УСИЛИТЕЛЕМ 16.3.3. ИНТЕГРАЛЬНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ 16.3.4. СТАБИЛИЗАТОР С МАЛЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ ПОТЕРЬ 16.3.5. СТАБИЛИЗАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЙ, СИММЕТРИЧНЫХ ОТНОСИТЕЛЬНО ЗЕМЛИ 16.3.6. СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМИ ВЫВОДАМИ 16.3.7. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ 16.3.8. ОКОНЕЧНЫЙ КАСКАД ЛАБОРАТОРНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ С БОЛЬШОЙ ВЫХОДНОЙ МОЩНОСТЬЮ 16.4. ПОЛУЧЕНИЕ ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ 16.4.2. ПОЛУЧЕНИЕ МАЛЫХ ОПОРНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ 16.5. ИМПУЛЬСНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ 16.5.2. ПЕРВИЧНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ 17. Аналоговые коммутаторы и компараторы 17.2. ЭЛЕКТРОННЫЕ КОММУТАТОРЫ 17.2.2. ДИОДНЫЙ КОММУТАТОР 17.2.3. КОММУТАТОР НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ 17. 3. АНАЛОГОВЫЕ КОММУТАТОРЫ НА БАЗЕ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ 17.3.2. КОММУТАТОР НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ С ПЕРЕМЕНОЙ ЗНАКА ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ 17.3.3. КОММУТАТОР НА БАЗЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО УСИЛИТЕЛЯ 17.4. АНАЛОГОВЫЕ КОММУТАТОРЫ С ПАМЯТЬЮ 17.5. КОМПАРАТОРЫ 17.5.2. КОМПАРАТОР С ПРЕЦИЗИОННЫМ ВЫХОДНЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ 17.5.3. ДВУХПОРОГОВЫЙ КОМПАРАТОР 17.6. ТРИГГЕР ШМИТТА 17.6.1. ИНВЕРТИРУЮЩИЙ ТРИГГЕР ШМИТТА 17.6.2. НЕИНВЕРТИРУЮЩИЙ ТРИГГЕР ШМИТТА 17.6.3. ПРЕЦИЗИОННЫЙ ТРИГГЕР ШМИТТА 18. Генераторы сигналов 18.1. LC-ГЕНЕРАТОРЫ 18.1.2. ГЕНЕРАТОР С ТРАНСФОРМАТОРНОЙ СВЯЗЬЮ (СХЕМА МАЙССНЕРА) 18.1.3. ТРЕХТОЧЕЧНАЯ СХЕМА С ИНДУKТИВНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ (СХЕМА ХАРТЛИ) 18.1.4. ТРЕХТОЧЕЧНАЯ СХЕМА С ЕМКОСТНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ (СХЕМА КОЛПИТЦА) 18.1.5. LC-ГЕНЕРАТОР С ЭМИТТЕРНОЙ СВЯЗЬЮ 18.1.6. ДВУХТАКТНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ 18.2. КВАРЦЕВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ 18.2.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КВАРЦЕВОГО РЕЗОНАТОРА 18.2.2. КВАРЦЕВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ С LC-КОЛЕБАТЕЛЬНЫМ КОНТУРОМ 18. 2.3. КВАРЦЕВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ БЕЗ LC-КОНТУРА 18.3. СИНУСОИДАЛЬНЫЕ RC-ГЕНЕРАТОРЫ 18.3.2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО УРАВНЕНИЯ СИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ 18.4. ГЕНЕРАТОРЫ СИГНАЛОВ СПЕЦИАЛЬНОЙ ФОРМЫ (ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ) 18.4.2. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР С УПРАВЛЯЕМОЙ ЧАСТОТОЙ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА 18.4.3. ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР 18.5. МУЛЬТИВИБРАТОРЫ 18.5.1. НИЗКОЧАСТОТНЫЕ МУЛЬТИВИБРАТОРЫ 18.5.2. ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ МУЛЬТИВИБРАТОРЫ 19. Комбинационные логические схемы 19.1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КОДОВ 19.1.2. ДВОИЧНО-ДЕСЯТИЧНЫЕ КОДЫ 19.1.3. КОД ГРЕЯ 19.2. МУЛЬТИПЛЕКСОР И ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОР 19.3. КОМБИНАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО СДВИГА 19.4. КОМПАРАТОРЫ 19.5. СУММАТОРЫ 19.5.1. ПОЛУСУММАТОР 19.5.2. ПОЛНЫЙ СУММАТОР 19.5.3. СУММАТОРЫ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ПЕРЕНОСОМ 19.5.4. СЛОЖЕНИЕ ДВОИЧНО-ДЕСЯТИЧНЫХ ЧИСЕЛ 19.5.5. ВЫЧИТАНИЕ 19.5.6. СЛОЖЕНИЕ ЧИСЕЛ С ЛЮБЫМИ ЗНАКАМИ 19.6. УМНОЖИТЕЛИ 19.7. ЦИФРОВЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ 20. Интегральные схемы со структурами последовательностного типа 20.1. ДВОИЧНЫЕ СЧЕТЧИКИ 20.1.1. АСИНХРОННЫЙ (ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ) СЧЕТЧИК 20.1.2. СИНХРОННЫЙ (ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ) СЧЕТЧИК 20.2. ДВОИЧНО-ДЕСЯТИЧНЫЙ СЧЕТЧИК В КОДЕ 8421 20.2.1. АСИНХРОННЫЙ ДВОИЧНО-ДЕСЯТИЧНЫЙ СЧЕТЧИК 20.2.2. СИНХРОННЫЙ ДВОИЧНО-ДЕСЯТИЧНЫЙ СЧЕТЧИК 20.3. СЧЕТЧИК С ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ 20.4. РЕГИСТРЫ СДВИГА 20.4.2. КОЛЬЦЕВОЙ РЕГИСТР 20.4.3. РЕГИСТР СДВИГА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВВОДОМ 20.4.4. РЕГИСТР СДВИГА С ПЕРЕКЛЮЧАЕМЫМ НАПРАВЛЕНИЕМ СДВИГА 20.5. ПОЛУЧЕНИЕ ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ 20.6. ПЕРВОНАЧАЛЬНАЯ ОБРАБОТКА АСИНХРОННОГО СИГНАЛА 20.6.2. СИНХРОНИЗАЦИЯ ИМПУЛЬСОВ 20.6.3. СИНХРОННЫЙ ОДНОВИБРАТОР 20.6.4. СИНХРОННЫЙ ДЕТЕКТОР ИЗМЕНЕНИЙ 20.6.5. СИНХРОННЫЙ ТАКТОВЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ 20.7. СИСТЕМАТИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫХ СХЕМ 20.7.2. ПРИМЕР СИНТЕЗА ПЕРЕКЛЮЧАЕМОГО СЧЕТЧИКА 20.7.3. СОКРАЩЕНИЕ ЕМКОСТИ ПАМЯТИ 21. Микро-ЭВМ 21.1. ОСНОВНАЯ СТРУКТУРА МИКРО-ЭВМ 21. 2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МИКРОПРОЦЕССОРА 21.3. НАБОР КОМАНД 21.4. ОТЛАДОЧНЫЕ СРЕДСТВА 21.5. ОБЗОР МИКРОПРОЦЕССОРОВ РАЗЛИЧНОГО ТИПА 21.6. МОДУЛЬНОЕ ПОСТРОЕНИЕ МИКРО-ЭВМ 21.7. ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА 21.7.1. ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ ИНТЕРФЕЙС 21.7.2. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ИНТЕРФЕЙС 21.7.3. ИНТЕРФЕЙС МАГИСТРАЛИ «ОБЩАЯ ШИНА» 21.7.4. ПРОГРАММИРУЕМЫЙ СЧЕТЧИК 21.7.5. ПОДКЛЮЧЕНИЕ ПЕРИФЕРИЙНЫХ МОДУЛЕЙ СЕМЕЙСТВА 8080 К МАГИСТРАЛЯМ СЕМЕЙСТВА 6800 21.7.6. ОБЗОР ПЕРИФЕРИЙНЫХ УСТРОЙСТВ 21.8. МИНИМАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ 21.8.2. ОДНОКРИСТАЛЬНАЯ МИКРО-ЭВМ 22. Цифровые фильтры 22.1. ТЕОРЕМА О ДИСКРЕТИЗАЦИИ (ТЕОРЕМА О ВЫБОРКАХ) 22.1.2. ПРАКТИЧЕСКИЕ СООБРАЖЕНИЯ 22.2. ЦИФРОВАЯ ФУНКЦИЯ ПЕРЕДАЧИ ФИЛЬТРА 22.3. БИЛИНЕЙНОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ 22.4. РЕАЛИЗАЦИЯ ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ 22.4.2. СТРУКТУРА ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ ВТОРОГО ПОРЯДКА 22.4.3. ПРАКТИЧЕСКИЕ СООБРАЖЕНИЯ 23. Передача данных и индикация 23.1. СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ ЛИНИИ 23.2. ЗАЩИТА ДАННЫХ 23.2.2. КОД ХЕММИНГА 23. 3. СТАТИЧЕСКИЕ ЦИФРОВЫЕ ИНДИКАТОРЫ 23.3.1. ДВОИЧНЫЕ ИНДИКАТОРЫ НА СВЕТОДИОДАХ 23.3.2. ДЕКАДНЫЕ ИНДИКАТОРЫ 23.3.3. ИНДИКАЦИЯ В ШЕСТНАДЦАТЕРИЧНОМ КОДЕ 23.4. МУЛЬТИПЛЕКСНЫЕ ИНДИКАТОРЫ 23.4.1. МНОГОРАЗРЯДНЫЕ 7-СЕГМЕНТНЫЕ ИНДИКАТОРЫ 23.4.2. МАТРИЦА ТОЧЕК 24. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи 24.1. СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ЦА-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ 24.1.2. ЦА-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ПЕРЕКИДНЫМИ КЛЮЧАМИ 24.1.3. РЕЗИСТИВНАЯ МАТРИЦА ПОСТОЯННОГО ИМПЕДАНСА (МАТРИЦА ТИПА R-2R) 24.1.4. РЕЗИСТИВНАЯ МАТРИЦА ДЛЯ ДЕКАДНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ 24.2. ПОСТРОЕНИЕ ЦА-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ С ЭЛЕКТРОННЫМИ КЛЮЧАМИ 24.2.2. ЦА-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ТОКОВЫМИ КЛЮЧАМИ 24.3. ЦА-ПРЕОБРАЮВАТЕЛИ ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ ПРИМЕНЕНИЙ 24.3.2. ЦА-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ДЕЛЕНИЯ 24.3.3. ЦА-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КАК ГЕНЕРАТОР ФУНКЦИЙ 24.4. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ АЦ-ПРЕОБРАЗОВАНИЯ 24.5. ТОЧНОСТЬ АЦ-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ 24.6. ПОСТРОЕНИЕ АЦ-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ 25. Измерительные схемы 25. 1. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ 25.1.2. ИЗМЕРЕНИЕ РАЗНОСТИ ПОТЕНЦИАЛОВ 25.1.3. ИЗОЛИРОВАННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ 25.2. ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА 25.2.1. ИЗОЛИРОВАННЫЕ ОТ ЗЕМЛИ АМПЕРМЕТРЫ С МАЛЫМ ПАДЕНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ 25.2.2. ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА ПРИ ВЫСОКОМ ПОТЕНЦИАЛЕ 25.3. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ 25.3.2. ИЗМЕРЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОГО ЗНАЧЕНИЯ 25.3.3. ИЗМЕРЕНИЕ АМПЛИТУДНЫХ ЗНАЧЕНИЙ 25.3.4. СИНХРОННЫЙ ДЕТЕКТОР 26. Электронные регуляторы 26.2. ТИПЫ РЕГУЛЯТОРОВ 26.2.1. П-РЕГУЛЯТОР 26.2.2. ПИ-РЕГУЛЯТОР 26.2.3. ПРОПОРЦИОНАЛЬНО-ИНТЕГРАЛЬНО-ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР 26.2.4. НАСТРАИВАЕМЫЕ ПИД-РЕГУЛЯТОРЫ 26.3. УПРАВЛЕНИЕ НЕЛИНЕЙНЫМИ ОБЪЕКТАМИ 26.4. ОТСЛЕЖИВАЮЩАЯ СИНХРОНИЗАЦИЯ (АВТОПОДСТРОЙКА) 26.4.1. ЭЛЕМЕНТЫ ВЫБОРКИ-ХРАНЕНИЯ В КАЧЕСТВЕ ФАЗОВОГО ДЕТЕКТОРА 26.4.2. СИНХРОННЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ В КАЧЕСТВЕ ФАЗОВОГО ДЕТЕКТОРА 26.4.3. ЧАСТОТНО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ФАЗОВЫЙ ДЕТЕКТОР 26.4.4. ФАЗОВЫЙ ДЕТЕКТОР С ПРОИЗВОЛЬНО УВЕЛИЧИВАЕМЫМ ДИАПАЗОНОМ ИЗМЕРЕНИЙ 26.4.5. ФАЗОРЕГУЛЯТОР В КАЧЕСТВЕ ПЕРЕМНОЖИТЕЛЯ ЧАСТОТ

Генератор тока (источник тока).

Posted: 26 ноября, 2018 Under: Электроника By Бурыкин Валерий 11 комментариев

18 953

      Бурыкин Валерий Иванович

      Генератор тока и генератор напряжения. В чём разница? Что такое Генератор тока и каковы области его применения.

      ***

      По работе нужно было найти какое либо внятное описание того, что собой представляет генератор тока (стабилизатор тока, источник тока), его области применения и примеры расчёта. Ничего приемлемого найти не удалось.

      Пришлось самому приступить к написанию статьи отвечающей на эти вопросы.

      И ещё, пришлось заменить общепринятые обозначения «дельта» и «бесконечность» на слова. К сожалению, вместо них при попытке считать текст отображаются вопросительные знаки.

      28.02.2012г.

      ***

      Первое, что нам необходимо понять — это то в чём различия генератора тока и стабилизатора напряжения.

Стабилизатор напряжения.

       Другие названия:

       — источник напряжения;

       — генератор напряжения;

       — источник опорного напряжения (в схемах его обычно обозначают как ИОН).

      Основное требование:

      Uвых. = const.

      Ток в нагрузке подключенной к выходу стабилизатора напряжения изменяется в зависимости от величины Rнагр.

      Идеальный режим работы стабилизатора напряжения соответствует Rнагр. = бесконечности.

      Идеальный генератор напряжения создаёт на сопротивлении нагрузки напряжение стабильной величины. При этом его внутреннее сопротивление равно нулю (Ru = 0). Ток в нагрузке определяется по формуле:

      Iнагр. = U / Rнагр.

      Из этого можно сделать вывод:

      — так как напряжение стабильно, то при изменении Rнагр. будет изменяться ток, протекающий через нагрузку, Рис. 1.

      Идеальный источник напряжения при уменьшении Rнагр. до нуля способен создавать ток бесконечно большой величины.

      Но в жизни ничего идеального не существует, все источники напряжения имеют некоторое внутреннее сопротивление — Ru.

      Это приводит к тому, что напряжение источника делится между внутренним сопротивлением Ru и сопротивлением нагрузки Rнагр, Рис. 2

      Поэтому ток в нагрузке вычисляется по формуле:

      Iнагр. = U / (Ru + Rнагр.)

      Максимальный ток возникает при Rнагр. = 0.

      Из формулы видно — ток в нагрузке зависит от напряжения развиваемого источником, а также от величины суммы сопротивлений Rнагр. и Ru.

      Как правило, внутреннее сопротивление источника напряжения (Ru) выбирается как минимум в 100 раз меньше минимально возможного значения сопротивления нагрузки (Rнагр. min). В этом случае напряжение на выходе источника при изменении сопротивления нагрузки от бесконечности до Rнагр. min будет изменяться не более чем на 1%.

      Т.е. желательно, чтобы соблюдалось условие:

      Rнагр. min => 100*Ru

      В данном случае мы не рассматриваем вопрос о мощности источника напряжения. Мощность зависит от принципа построения источника, реализуемой схемы и применяемых компонентов.

      Теперь посмотрим, что собой представляет генератор тока

Генератор тока.

      Другие названия:

       — источник тока;

       — стабилизатор тока.

      Основное требование:

      Iвых. = const.

      При этом напряжение на нагрузке изменяется в зависимости от величины Rнагр.

      Идеальный режим работы стабилизатора тока возникает при Rнагр. = 0

      Идеальный источник тока создаёт в нагрузке стабильный ток, то есть — ток, величина которого не зависит от сопротивления нагрузки, Рис. 3.

      Так как ток источника не зависит от величины сопротивления нагрузки то при изменении Rнагр. пропорционально будет изменяться и Uнагр.

      Uнагр. = Rнагр. * Iист.

      Идеальным генератором тока считается такой источник, через который протекает ток неизменной величины и не зависящий от Rнагр.

      В таком случае если Rнагр стремится к бесконечности, то Uнагр. так же стремится к бесконечности. Такая ситуация на практике неосуществима. Реальные генераторы тока поддерживают стабильный ток в нагрузке только в пределах от Rнагр. = 0 до некоторой величины Rнагр. max.

      Эквивалентные схемы генераторов тока, приводимые в академической литературе малопонятны, а формулы, описывающие их работу, вряд ли когда-либо понадобятся в практических расчетах.

      Поэтому я начну сразу с практических схем.

      Наиболее доступная и простая как в понимании, так и в расчётах схема выглядит так:

Рис. 4 Практические схемы простых генераторов тока на биполярных транзисторах.

      На рисунке изображены две одинаковые схемы простых генераторов тока. Разница состоит только в том, что применены транзисторы разной проводимости. Другое отличие это то, к какому полюсу источника питания подключена нагрузка.

      В обоих случаях применена схема включения транзистора с общим коллектором (эмиттерный повторитель). Эмиттерным повторителем она названа за то, что изменение напряжения на эмиттере (Uэ) повторяет изменение напряжения на базе, в нашем случае это Uстаб.

      Повторяет именно изменение напряжения, а не само напряжение так как существует падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора. Поэтому в случае усилителя постоянного тока напряжение Uэ будет определяться по формуле:

      Uэ = Uстаб. — Uбэ

      где Uбэ — падение напряжения на переходе база — эмиттер транзистора.

      Поскольку Uэ зависит только от напряжения стабилизации стабилитрона и от напряжения Uбэ, а значения этих напряжений можно считать константами, то в идеальном случае Uэ не будет зависеть от изменения Uпит. и Rн.

      Ток протекающий через Rэ является одновременно и током протекающим через нагрузку, то есть IRэ = Iист.

      Соответственно Iист. вычисляется по формуле:

      Iист. = Uэ / Rэ

      где: Uэ и Rэ константы, следовательно и Iист. — так же константа.

      На самом деле стабильность напряжения Uэ зависит от того насколько стабилитрон VD чувствителен к изменению протекающего через него тока и к воздействию окружающей температуры.

      То же самое относится и к переходу база — эмиттер транзистора.

      Пока будем считать, что эти факторы нас не касаются.

      В этом случае мы будем находиться в счастливом заблуждении, что наши расчёты абсолютно точны.

       Основные параметры источника (генератора) тока:

      1. Величина требуемого СТАБИЛЬНОГО тока — (Iист.).

       Т. е. тока, который питает нагрузку и не изменяется под воздействием внешних факторов.

      2. Максимальное сопротивление нагрузки — (Rнагр. max).

      3. Минимально возможное напряжение источника питания для нашей схемы — (Uпит. min).

      Самый тяжёлый вариант входных условий.

      Здесь вас пытаются уложить в Прокрустово ложе тем, что лишают манёвра.

      Требования заказчика:

      а. Ток источника тока (генератора тока) = Iист.

      б. Сопротивление нагрузки, которое меняется от Rнагр. min до Rнагр. max.

      Замечу — нижний предел сопротивления нагрузки (Rнагр. min) для генератора тока всегда можете смело принимать за ноль.

      Rнагр. max. — определяется из характеристик питаемого оборудования и важен для расчёта.

      в. Напряжение питания = Uпит.

      Методика расчёта генератора тока.

      Первое, что нужно определить это то какое максимальное напряжение необходимо развить на Rнагр.

      Uнагр. max = Iист. * Rнагр. max

      Далее определить то, каким запасом по напряжению мы располагаем.

      Uзап. = Uпит. — Uнагр. max

      Нужно понимать, что напряжение запаса должно поделиться между Uкэ. и Uэ.

      Значение напряжения Uкэ. которое снижается до минимального значения при максимальном значении Rнагр. желательно принять не менее 3 Вольт. Конечно чем больше, тем лучше

      Далее можем вычислить с каким максимальным напряжением стабилизации при заданных условиях можно выбрать стабилитрон.

      Uстаб. max = Uзап. — Uкэ + Uбэ

      Сопротивление Rэ рассчитываем по формуле:

      Rэ = (Uстаб. — Uбэ) / Iист.

      Из этой формулы видно, что током генератора тока мы можем управлять двумя способами:

      — изменяя Uстаб.;

      — изменяя Rэ.

      Uбэ — константа и изменению не подлежит.

      Есть ещё один подводный камень, это соотношение напряжений Uбэ и Uстаб.

      Из последней формулы видно, что если Uстаб. окажется меньше или равно Uбэ, то в этом случае Rэ должно быть либо равным нулю, либо отрицательным. И то, и другое невозможно.

      Таким образом, если Uстаб. получится меньше или равно Uбэ то схема окажется неработоспособной, так как в этом случае мы не сможем открыть транзистор и создать хоть какое либо падение напряжения на Rэ.

      Желательно получить Uстаб. в шесть — семь раз превышающее Uбэ.

      Если Uстаб. получается близким по значению к Uбэ то необходимо изменять входные условия. Если вы не можете повлиять на параметры нагрузки: (уменьшить Rнагр. max) или согласовать уменьшение тока от генератора тока, остается только один вариант — увеличить напряжение питания. Если и это невозможно согласовать…. Тогда пошлите заказчика к чёрту, а расчёты выкиньте в корзину.

      Тяжёлый вариант.

      Требования заказчика:

      а. Iист. = 20мА;

      б. Rнагр. max. = 3кОм;

      в. Uпит. = 50В.

      г. нагрузка привязана к + Uпит.

      Это и есть то самое Прокрустово ложе.

      Простейшая для понимания схема будет такова:

Пример расчета:

      Первое что нужно сделать, это проверить возможность создания такого генератора тока.

      Попробуем произвести расчёт.

      Uнагр. max = Iист. * Rнагр. max. = 0.02 * 3 000 = 60В

      Видим неприятную картину.

      Заданное Uпит. меньше требуемого Uнагр. max. Следовательно мы не сможем обеспечить требуемый ток в нагрузке при максимальном сопротивлении Rнагр.

      Что делать?

      Самое удобное для нас это уменьшить ток генератора тока. Как было сказано ранее этого можно добиться либо уменьшая Uстаб., либо увеличивая Rэ.

      Ток при этом определяется по формуле:

      Iист. = (Uстаб. — Uбэ) / Rэ

      Допустим, нам удалось согласовать изменение величины тока.

      Посмотрим, какая величина Iист. нас устроит.

      Как уже говорилось Uстаб. желательно выбрать не менее 6* Uбэ. Среднее значение Uбэ для кремниевых транзисторов составляет 0,65 В. Оно может изменяться в зависимости от выбранного транзистора, но ненамного (если конечно вы не выберете составной транзистор). Рассчитаем величину Uстаб.

      Uстаб. = Uбэ * 6 = 0,65 * 6 = 3,9В

      Обращаемся к справочнику по диодам, находим там раздел «Стабилитроны». И о чудо! Есть такой стабилитрон! И зовут его 2С139А.

      Он обладает следующими параметрами:

      Uст — напряжение стабилизации стабилитрона

      Uст ном — номинальное напряжение стабилизации стабилитрона

      Iст — ток стабилизации стабилитрона

      Iст ном — номинальный ток стабилизации стабилитрона

      Рmax — максимально-допустимая рассеиваемая мощность на стабилитроне

      rст — дифференциальное сопротивление стабилитрона

      aст — температурный коэффициент стабилизации стабилитрона

      Тк max — максимально-допустимая температура корпуса стабилитрона

      Далее определим необходимый запас по напряжению.

      Uзап. = Uстаб. — Uбэ + Uкэ = 3,9 — 0,65 + 3 = 6,25 В

      Вычитаем из величины питающего напряжения напряжение запаса и получаем максимально возможное напряжение на нагрузке.

      Uнагр. = Uпит. — Uзап. = 50 — 6,25 = 43,75 В

      Полученную величину Uнагр. делим на Rнагр. max. и получаем то значение тока, которое нас устроит.

      Iист. = Uнагр / Rнагр. max = 43.25 / 3000 = 0.0144 А

      Итак, нам удалось изменить требования заказчика, теперь они выглядят так:

      а. Iист. = 14,4мА;

      б. Rнагр. max. = 3кОм;

      в. Uпит. = 50В.

      г. нагрузка привязана к + Uпит.

      Значит, мы можем приступить к окончательному расчёту элементов схемы.

      Rбал. = (Uпит. — Uстаб.) / Iст ном = (50 — 3,9) / 0,01 = 4610 Ом

          Где: Iст ном — взято из справочника.

      Выбираем ближайшее значение Rбал. (желательно в меньшую сторону):

      Rбал. = 4,3кОм.

      Определим величину сопротивления Rэ.

      Rэ = (Uстаб. — Uбэ) / Iист. = (3,9 — 0,65) / 0.0144 = 225,694444444444…….Ом.

      Опять же принимаем ближайшее значение и снова в меньшую сторону.

      Rэ = 220 Ом.

      В итоге получаем окончательную схему.

      Какой выбрать транзистор VT1?

      Да любой биполярный npn транзистор.

      Нужно помнить только, что у нас задано Uпит = 50 В. А это говорит о том, что допустимое напряжение Uкэ должно быть не менее этого значения (лучше раза в полтора больше). Максимальную мощность, рассеиваемую на корпусе транзистора можно рассчитать исходя из предельного режима, когда Rнагр. = 0.

      В этом случае Uкэ будет равно Uпит.-Uэ.

      Значит, мощность рассеяния можно определить из формулы:

      Pк max = (Uпит. — (Uстаб. — Uбэ)) * Iист. = (50 — (3,9 — 0,65)) * 0,0144 = 0,673 W

      где Pк — мощность рассеиваемая на коллекторе транзистора и выбирается она из справочника. (Надеюсь нет смысла объяснять почему нужно выбрать транзистор с несколько большим Pк?).

      В этом расчёте мы исходим из условия короткого замыкания в нагрузке.

      Можно конечно произвести расчёт из условия Rнагр = Rнагр. min, т.е. то минимальное сопротивление которое задано заказчиком. В этом случае Pк max. получится меньше, но в тоже время источник может оказаться слишком чувствительным к короткому замыканию в нагрузке.

      Может случиться так, что заказчик не пойдет на то чтобы изменить входные параметры.

      В этом случае нужно понять: какую сумму он готов заплатить за готовое изделие.

      Физика есть физика и против её законов не попрёшь.

      Если заказчик готов раскошелиться, то в схему можно ввести дополнительный источник питания, позволяющий входное напряжение 50В преобразовать в то напряжение, которое позволит нам вписаться в исходные условия.

      Рассчитаем какое минимальное Uпит. нам необходимо для удовлетворения первоначальных условий. Вот эти условия:

      а. Iист. = 20мА;

      б. Rнагр. max. = 3кОм;

      в. Uпит. = 50В.

      г. нагрузка привязана к + Uпит.

      Uэ и Uкэ можно оставить прежними, к ним у нас претензий быть не должно.

      То, какое максимальное напряжение на нагрузке при данных условиях мы должны развить уже было рассчитано (Uнагр. max = 60 В).

      В этом случае (если мы снова возьмём стабилитрон 2С139А) минимальное значение напряжения питания можно определить из формулы:

      Uпит. min = Uнагр. max + Uэ + Uкэ = 60 + 3,25 + 3 = 66,25 В

      где Uэ = Uстаб. — Uбэ.

      Для ровного счёта примем Uпит. min = 67 В.

      В этом случае схема примет следующий вид:

      Есть одно НО! Добавление этого квадратика может увеличить стоимость схемы в сотню раз. Хотя желание заказчика мы при этом удовлетворим.

      Иногда в схему генератора тока вводят операционный усилитель (другое название — дифференциальный усилитель). Это позволяет создать большой коэффициент усиления в цепи отрицательной обратной связи и исключить влияние Uбэ транзистора на стабильность выходного тока.

      Пример такой схемы приведён на Рис. 8.

      Расчёт такой схемы отличается только тем, что нужно забыть об Uбэ.

      Можно пойти дальше и создать стабилизатор тока с регулируемым значением Iист.

      В этом случае желательно заменить стабилитрон на маломощный линейный стабилизатор напряжения. Обычно такие стабилизаторы напряжения в схемах обозначаются как ИОН (источник опорного напряжения).

      Вот пример такой схемы:

      Ну вот, кажется всё основное, то что касается построения и расчёта генераторов тока я изложил.

      Теперь встаёт вопрос…. А на кой чёрт нам всё это нужно?

      Ну, стабилизаторы напряжения… — тут всё понятно!

      Широко применяются в бытовой и промышленной электронике. Ни одно современное электронное устройство не обходится без них.

      А зачем нужно устройство, которое не может поддерживать стабильное напряжение на нагрузке, и это напряжение постоянно «гуляет», а величина этого напряжения будто привязана к величине Rнагр.?

      Рассмотрим некоторые области применения генераторов тока (стабилизаторов тока, источников тока).

      Первая и наверное самая распространённая область — это источники стабильного напряжения, как раз то без чего не обходится практически ни одно современное электронное устройство.

      В простейшем случае общая схема стабилизатора напряжения выглядит так:

      Обозначения в схеме:

      ИОН — источник опорного напряжения;

      Уош. — усилитель ошибки;

      Uоп. — опорное напряжение;

      Uдел. — напряжение снимаемое с делителя подключенного к выходному напряжению стабилизатора напряжения.

      Uош. — напряжение ошибки, оно вычисляется как Uоп. — Uдел.

      Напряжение на выходе стабилизатора зависит от величины Uоп. и коэффициента деления делителя.

      Uстаб. = Uоп * (Rдв + Rдн) / Rдн

      Усилитель ошибки сравнивает два напряжения Uоп. и Uдел., его главная задача поддерживать Uош. близким к нулю, а следовательно следить за тем, чтобы Uстаб. оставалось неизменным.

      Допустим мы имеем почти идеальный Уош., способный удерживать Uош. в десятки тысяч раз меньшим чем Uоп. (такие дифференциальные каскады сейчас существуют)

      В этом случае мы можем пренебречь влиянием элементов схемы Уош. на величину Uстаб. и главным виновником в нестабильности выходного напряжения при изменении Uпит. будет ИОН.

      Простейший источник опорного напряжения выглядит так:

      Допустим, в процессе эксплуатации, Uпит. может изменяться от 18 до 36 Вольт.

      Мы располагаем всё тем же стабилитроном 2С139А (учтите, буквы русские).

      Первое что нужно сделать это рассчитать Rбал. Оно рассчитывается исходя из минимальной величины Uпит, при этом следует задаться минимальным током стабилитрона Iстаб. min.

      Из справочных данных следует что рабочий диапазон токов стабилитрона лежит в пределах 3 — 70 mA. Номинальный ток — 10 mA. Подбираться слишком близко к нижнему пределу не стоит, так как при этом слишком сильно возрастает Rст. Определимся с минимальным током стабилитрона равным 7mA.

      Тогда:

      Rбал. = (Uпит. min — Uстаб.) / Iстаб. min = (18 — 3.9) / 7 = 2.014 кОм.

      Ближайшее значение 2 кОм.

      При Rбал. = 2 кОм и дельта Uпит. = 18 В, дельта Uоп. составит 0,54 В.

     Динамическое сопротивление стабилитрона:

     rст = 60 Ом (См. табдицу выше).

     dI = dU/2кОм = 9мА

     dUоп. = dI*rст. = 0.009*60 = 0.54 В

      Разделив дельту на номинальное напряжение стабилитрона, определим величину нестабильности напряжения такого ИОН:

      0,53 / 3,9 = 0,135

      Т. е. нестабильность ИОН будет равна 13,5%.Понятно, что напряжение на выходе стабилизатора напряжения будет изменяться по такому же закону. И его нестабильность так же составит 13,5%.

      Посмотрим на сколько при таком изменении напряжения питания изменится ток протекающий через стабилитрон.

      Изменение тока протекающего через стабилитрон можно вычислить по следующей формуле:

      дельта Iстаб. = (Uпит. max — Uпит. min) / Rбал. = (36 — 18) / 2000 = 9 mA.

      Изменение тока составило 129% так как:

      дельта Iстаб. / Iстаб. min = 9 / 7 = 1,29

      Но нестабильность по напряжению в 13,5% нас не устраивает. Что делать?

      Вот здесь нам и придёт на помощь его величество Генератор Тока.

      Давайте запитаем стабилитрон, с которого будем снимать опорное напряжение, через это самое величество:

      Допустим VD1 иVD2 будут всё те же 2С139А. В этом случае Rбал. так же будет равно 2 кОм.

      Зададимся током через VD2. По справочнику номинальный ток этого стабилитрона 10 mA. Не мудрствуя лукаво примем это за истину.

      Вычислим величину Rэ.

      Rэ = (UVD1 — Uбэ.) / IVD2 = (3.9 — 0.65) / 10 = 0.325 кОм.

      Принимаем ближайшее значение 330 Ом.

      Изменение тока протекающего через Rэ, а значит и через VD2 при изменении Uпит. на 18 Вольт будет таким же как и изменение напряжения на VD1 рассчитанное ранее, т.е. 13,5%.

      Абсолютная величина изменения тока VD2 составит: 10mA * 13.5% = 1,35mA, в отличии от 9 mA в VD1. Это приведёт к изменению напряжения на стабилитроне VD2 на 0,081V. Нестабильность опорного напряжения снизится до 2,1%.

      Вместо 13,5% на VD1!

      И это притом, что я выбрал довольно паршивый стабилитрон. Хотите получить меньшую нестабильность выбирайте стабилитрон с меньшим Rст.

      Ну вот, с одной областью применения генераторов тока кажется разобрались.

      Что же ещё? Где ещё нам может понадобиться источник стабильного тока?

      Да там где используются резистивные датчики.

      Фоторезисторы, термосопротивления, резистивные тензодатчики и т.д. и т.п.

      Сопротивление таких датчиков является функцией какого либо внешнего параметра — температуры, освещённости, давления. Обозначим зависимость Rдат. от величины параметра (P) как f(P).

      Как правило, сопротивление связано с измеряемым параметром определённой математической формулой. Ток протекающий через датчик в случае использования идеального источника тока не зависит от Uпит.

      Падение напряжения на Rдат будет определяться по формуле:

       Uдат. = Iист. * f(P).

      Так как Iист. = const, то Uдат. будет изменяться по тому же закону что и Rдат. Вот здесь нам и пригодилось то, что напряжение на выходе генератора тока «привязано» к Rнагр.

      А дальше всё просто: берём контроллер на основе микропроцессора, закладываем в него софт состоящий из многих программ предназначенных для расчёта различных f(P), программу опроса множества датчиков, величины критических значений измеряемых параметров и подключаем всё это к центральному компьютеру межзвёздного корабля.

      Теперь дежурная вахта в любой момент может получить информацию о величине температуры, освещения и давления в сотнях, а может и тысячах отсеках корабля, и даже о том, с каким ускорением летит корабль.

      Лифт сможет сообщить о том, каков вес груза находящегося в кабине.

      Вот кажется и всё то основное, что я хотел рассказать о генераторе тока.

      Теперь вернёмся к началу статьи. В чём всё-таки сходства и различия генераторов (стабилизаторов, источников) тока от устройств поддерживающих на своём выходе стабильное напряжение (стабилизаторов напряжения)?

      Составим таблицу сравнительных характеристик.

      Отсюда видно, что генератор тока и стабилизатор напряжения представляют собой зеркальное отражение друг друга.

      Я описал лишь некоторые области применения источников тока. На самом деле их намного больше.

      Дерзайте.

      Если вы заметили в статье я постоянно «путал» названия: генератор, источник, стабилизатор.

      Это сделано специально. Т.к. в различной литературе по электронике и электротехнике вы можете столкнуться с любым из них.

       И ещё.

      Часто производители в описании своей продукции делают большую ошибку.

      Вот пример:

       С сайта «FG Wilson (Engineering) Ltd» :

       Схема стабилизатора напряжения R438 обеспечивает управление по замкнутому циклу для выходного напряжения генератора переменного тока регулированием тока поля возбудителя. R438 может получать питание от поля системы с бесщеточным самовозбуждением или ПМГ и, как вариант, устанавливается на следующих генераторах переменного тока:

      Генераторы переменного тока серии 1000*

      Генераторы переменного тока серии 2000

      Генераторы переменного тока серии 3000

      В стабилизаторе напряжения R438 предусмотрена возможность проведения следующих регулировок (перед проведением регулировок необходимо внимательно ознакомиться с руководством по установке и техническому обслуживанию генератора переменного тока)

      Я не буду воспроизводить всю статью, но и из этой выдержки видно, что для того, кто писал описание этого устройства нет разницы между генератором напряжения и генератором тока.

       На самом деле это совершенно разные устройства.

      Если мы говорим о генераторе тока, то это означает, что нормирован ток.

      Если мы говорим о генераторе напряжения, то это означает, что нормировано напряжение.

      Дополнительно о стабилизаторах тока и напряжения читайте в статье «Стабилизатор тока и стабилизатор напряжения» этого раздела.

Ссылки

    Учебник. Altium Designer 19 (20, 21). PDF+Видео.

Наилучшая программа сквозного проектирования печатной платы:

Принципиальная схема → Печатная плата → Документы на производство по ГОСТ.
3D модели печатных плат.