Источник постоянного тока. Источники постоянного тока: принцип работы, виды и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое источник постоянного тока. Как работают различные типы источников постоянного тока. Какие бывают виды источников постоянного тока. Где применяются источники постоянного тока в промышленности и быту. Каковы преимущества и недостатки источников постоянного тока.

Содержание

Что такое источник постоянного тока и как он работает

Источник постоянного тока — это устройство, которое обеспечивает постоянный электрический ток в цепи. В отличие от источников переменного тока, где направление и величина тока периодически меняются, в источниках постоянного тока ток течет только в одном направлении с постоянной силой.

Принцип работы источника постоянного тока основан на преобразовании различных видов энергии в электрическую. Это может происходить следующими способами:

Химическая реакция (гальванические элементы, аккумуляторы)
Фотоэлектрический эффект (солнечные батареи)
Термоэлектрический эффект (термопары)
Электромеханическое преобразование (генераторы постоянного тока)

Выпрямление переменного тока (выпрямители)

Независимо от принципа действия, все источники постоянного тока создают разность потенциалов на своих выводах, что обеспечивает движение электронов в подключенной цепи в одном направлении.

Основные виды источников постоянного тока

Существует несколько основных видов источников постоянного тока:

1. Гальванические элементы и аккумуляторы

Это химические источники тока, в которых электрическая энергия вырабатывается в результате окислительно-восстановительных реакций. Примеры: пальчиковые батарейки, автомобильные аккумуляторы.

2. Солнечные батареи

Преобразуют энергию солнечного света в электрическую за счет фотоэлектрического эффекта в полупроводниках.

3. Термоэлектрические генераторы

Вырабатывают ток за счет эффекта Зеебека — возникновения ЭДС в цепи из разнородных проводников при наличии разности температур.

4. Генераторы постоянного тока

Электромеханические устройства, преобразующие механическую энергию вращения в электрическую энергию постоянного тока.

5. Выпрямители

Преобразуют переменный ток в постоянный с помощью полупроводниковых элементов (диодов).

Применение источников постоянного тока в промышленности

Источники постоянного тока широко применяются в различных отраслях промышленности:

Электрохимическая промышленность: для процессов электролиза и гальванизации
Металлургия: в электродуговых печах и установках электрошлакового переплава
Машиностроение: для питания электродвигателей постоянного тока
Электротранспорт: в системах электропитания трамваев, троллейбусов, электропоездов
Сварочное производство: для питания сварочных аппаратов постоянного тока

Использование источников постоянного тока в промышленности обусловлено их способностью обеспечивать стабильный ток, что важно для многих технологических процессов.

Бытовое применение источников постоянного тока

В быту источники постоянного тока также находят широкое применение:

Портативная электроника: смартфоны, ноутбуки, планшеты питаются от аккумуляторов
Автомобильная электрика: аккумулятор обеспечивает питание бортовых систем
Осветительные приборы: светодиодные лампы работают от источников постоянного тока
Бытовая техника: многие устройства имеют встроенные блоки питания, преобразующие переменный ток сети в постоянный
Системы автономного электроснабжения: солнечные панели и ветрогенераторы часто используются с аккумуляторами для обеспечения постоянным током

Постоянный ток в бытовых устройствах обеспечивает их мобильность и независимость от электросети.

Преимущества и недостатки источников постоянного тока

Источники постоянного тока имеют ряд преимуществ и недостатков по сравнению с источниками переменного тока:

Преимущества:

Простота регулирования тока и напряжения
Возможность накопления энергии в аккумуляторах
Отсутствие потерь на перемагничивание в электродвигателях
Меньшее влияние на человеческий организм при случайном контакте
Возможность прямого использования в электронных схемах

Недостатки:

Сложность передачи на большие расстояния из-за потерь
Невозможность использования трансформаторов для изменения напряжения
Более сложное и дорогое оборудование для генерации высоких мощностей
Необходимость периодической замены или подзарядки химических источников тока

Понимание этих особенностей позволяет правильно выбирать тип источника тока для конкретных применений.

Как выбрать подходящий источник постоянного тока

При выборе источника постоянного тока следует учитывать несколько ключевых факторов:

Требуемая мощность: источник должен обеспечивать необходимый ток и напряжение для питаемого устройства

Стабильность выходных параметров: для чувствительной электроники важна высокая стабильность тока и напряжения
Мобильность: для портативных устройств важны компактность и автономность источника
Срок службы: учитывайте ресурс работы источника, особенно для химических элементов
Условия эксплуатации: температура, влажность, вибрации могут влиять на работу источника
Стоимость: оцените не только начальные затраты, но и стоимость эксплуатации

Правильный выбор источника постоянного тока обеспечит надежную и эффективную работу вашего оборудования.

Перспективы развития источников постоянного тока

Технологии источников постоянного тока продолжают развиваться. Основные направления развития включают:

Повышение эффективности солнечных батарей
Разработка новых типов аккумуляторов с большей емкостью и сроком службы

Создание более компактных и эффективных преобразователей напряжения
Развитие технологий беспроводной передачи постоянного тока
Интеграция источников постоянного тока в «умные» энергосети

Эти инновации могут привести к более широкому использованию постоянного тока в будущем, особенно в контексте развития возобновляемой энергетики и электромобилей.

Источник питания постоянного тока | ATE-M.BY

Современные программируемые источники питания постоянного тока являются высоко стабилизированными устройствами, которые способны работать непрерывно и в режиме постоянного тока (DC – Direct Current), и в режиме постоянного напряжения (DCV – Direct Current Voltage). В процессе работы они в рамках своего диапазона полностью имитируют поведение источника тока либо напряжения.

Назначение источников питания – обеспечивать электронную аппаратуру электрическим питанием в точном соответствии как с техническими требованиями, так и со стандартами безопасности.

Не следует источники питания постоянного тока путать с разного рода блоками питания. Последние только преобразуют напряжение сети в фиксированное выходное и стабилизации при этом никакой не имеют. А вот источники питания постоянного тока, как отмечено выше, обеспечивают получение высокостабильного постоянного тока/напряжения.

Режимы стабилизации

Различают так называемые режимы стабилизации источника постоянного тока:

по напряжению;
по току.

Режим стабилизации по напряжению. Если ток в нагрузке изменяется от нуля до максимума, нестабильность напряжения в источниках постоянного тока при этом минимальна.

Режим стабилизации по току. Аналогично стабилизации по напряжению, когда в процессе работы источника изменяется напряжение в нагрузке, поддерживается заданное значение тока.

Классификация

Источники питания классифицируют по нескольким параметрам, а именно по:

принципу действия;
мощности;
количеству каналов;
минимальной дискретности установки выходных параметров;
наличию дополнительных возможностей.

Принцип действия

Различают линейные и импульсные источники питания.

Линейные источники питания. В основе их построения – классическая схема с использованием мощного сетевого трансформатора и схемы регулирования. Для таких источников питания характерны как плюсы (низкий уровень излучаемых помех), так и минусы (большая масса из-за наличия трансформатора, малая удельная мощность).

Импульсные источники питания. В основе их построения – преобразование напряжения сети в достаточно высокочастотный переменный ток (около 2 МГц) и дальнейшее трансформирование и регулирование.

К преимуществам импульсных источников питания перед линейными относятся следующие:

меньшие размер и масса. Это объясняется работой трансформаторов таких источников на частотах, значительно превышающих 50 Гц;
удельная мощность значительно выше.

Минусом импульсных источников тока можно назвать лишь выше, чем у линейных, уровень излучаемых помех. Но в настоящее время, когда во всех сферах наблюдается стремление к миниатюризации, импульсные источники более широко распространены.

Управляемая мощность

Различают источники питания:

малой мощности – на один канал до 100 Вт;
средней мощности – на один канал до 300 Вт;
большой мощности – на один свыше 300 Вт.

Количество каналов

Для современных источников питания характерно наличие нескольких каналов, то есть может быть один, два, три или даже четыре регулируемых выхода.

Два из них чаще всего являются основными. Органами передней панели они могут соединяться:

последовательно – с целью увеличения выходного напряжения;
параллельно – с целью увеличения максимального тока.

Минимальная дискретность установки выходных параметров

Как отмечено выше, для большинства современных источников питания характерны показатели нестабильности выходного напряжения и тока до 3 мВ и 3 мА соответственно. В таком случае дискретность установки (непрерывность) для выходного напряжения – 10 мВ, тока – 10 мА.

Однако иногда (например, в особо прецизионных исследованиях) требуются источники питания с меньшим показателем дискретности установки: 1 мВ – для выходного напряжения, 1 мА – для тока. И тогда значения нестабильности уже соответственно будут: 350 мкВ – для выходного напряжения, 250 мкА – для тока.

Дополнительные возможности

В качестве примеров дополнительных возможностей источников питания можно назвать:

встроенный управляющий микроконтроллер, благодаря которому значительно расширяются возможности разработчиков;

немалое (например, до 100) число ячеек памяти, где записаны режимы работы и выходные параметры;
возможность записи времени, используемая с целью имитации медленной флуктуации (колебания, изменения) источника питания, а также чтобы изучить поведение разрабатываемого (тестируемого) устройства;
возможность мгновенного изменения по заданной программе напряжения питания либо тока с целью исследовать, как устройство реагирует на существенное изменение параметров питания, и др.

СТАТИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО ТОКА СИПТ-5

Назначение изделия

Изделие предназначено для преобразования переменного трехфазного тока напряжением 380 В, частотой 50 Гц в постоянный ток напряжением 27 В и обеспечения питанием потребителей.

Особенности изделия

Широкий диапазон питающих напряжений.
Возможность дистанционного управления.
Возможность работы в буфере с АКБ.
Гальваническая развязка входных и выходных цепей.
Габариты : 650*260*255 мм. (L*B*H)
Вес: 40 кг.

Основной состав изделия

Основные технические характеристики

	Вход	Выход
Номинальное напряжение, В	~380 3 ф.	=27
Номинальная мощность, кВт	5
Кратковременная мощность, кВт	5,4
Номинальная частота, Гц	50	-

Условия эксплуатации
Температура эксплуатации от -50° С до + 60°С Относительная влажность – 98 % при +25°С Запылённость воздуха – до 2,5 г/м³ Высота над уровнем моря – до 3 000 м.	Гарантийный срок эксплуатации – 5 лет Гарантийный срок хранения – 6 лет Назначенный полный срок службы – 25 лет Средняя наработка аппаратуры на отказ – 10 000 ч.

Отправить заявку

0373100056016000626 Источник переменного напряжения; Источник постоянного тока

Размещение завершено

Участники и результаты

Требования к участникам

Единые требования к участникам (в соответствии с частью 1.1 статьи 31 Федерального закона № 44-ФЗ)
Единые требования к участникам (в соответствии с частью 1 cтатьи 31 Федерального закона № 44-ФЗ)

Ограничения

Условия и ограничения допуска товаров из иностранного государства: не установлено

Электронный аукцион признан несостоявшимся:

По результатам рассмотрения вторых частей заявок принято решение о несоответствии требованиям, установленным документацией об электронном аукционе, всех вторых частей заявок на участие в нем или о соответствии указанным требованиям только одной второй части заявки на участие в нем (ч.13 ст.69 44-ФЗ)

Участник	Цена, ₽	Первые части заявок	Вторые части заявок
░░░ ░░░░░░░	░ ░░░ ░░░░░░ 	░░░░░ 	░░░░░
№ ░░░░░	—	░░░░░ 	░░░░░
№ ░░░░░	—	░░░░░ 	░░░░░

HAMEG HMP4040 — Источник питания постоянного тока (0-32В; 0-10А, 4 канала)

Наименование характеристики	Значение
Количество выходных каналов источника питания: НМР2020 НМР2030 НМР4030 НМР4040	2 3 3 4
Режим источника постоянного напряжения
Диапазон установки выходного напряжения по всем каналам всех источников питания	от 0 до 32 В
Пределы допускаемой относительной погрешности установки и измерения выходного напряжения, менее	±(0,001·Х+2 мВ)
Уровень остаточных пульсаций/шумов напряжения в полосе частот до 100 кГц, не более	±0,15 мВ_СКЗ
Нестабильность выходного напряжения при изменении тока нагрузки или напряжения питания, менее	±(0,0001·Х+2 мВ)
Время установления переходного процесса при изменении нагрузки, менее	100 мкс
Режим источника постоянного тока
Диапазон установки выходного тока: Канал 1 НМР2020 Максимальная выходная мощность Канал 2 НМР2020 Максимальная выходная мощность Все каналы НМР2030 Максимальная выходная мощность на один канал Все каналы НМР4030/4040 Максимальная выходная мощность на один канал	от 0 до 10 А 160 Вт от 0 до 5 А 80 Вт от 0 до 5 А 80 Вт от 0 до 10 А 160 Вт
Максимальная выходная мощность по всем каналам: НМР2020/2030 НМР4030/4040	188 Вт 384 Вт
Пределы допускаемой относительной погрешности установки и измерения выходного тока, менее: до 500 мА свыше 500 мА	±(0,002·Х+0,5 мА) ±(0,002·Х+2,0 мА)
Уровень остаточных пульсаций/шумов тока в полосе частот до 100 кГц, не более	±1 мА_СКЗ
Нестабильность выходного тока при изменении нагрузки или напряжения питания	±(0,0001·Х+250 мкА)
Примечание – Х – Значение измеренной величины тока или напряжения

Источник тока: типы, принцип работы, особенности

Источник тока – элемент питания электрической цепи, обеспечивающий постоянное потребление, измеренное амперами, либо заданную форму закона изменения параметра. Так работают сварочные аппараты, каждой толщине металла соответствует номер (диаметр) электрода. Процесс обеспечен постоянным током. В противном случае начинается срыв дуги, происходят другие неприятные эффекты.

Отличие реального источника от идеального

Известно, мощность источника питания электрической цепи ограничена. В результате увеличение нагрузки вызывает изменение параметров. Общеизвестны скачки напряжения гаражных кооперативов, дач, прочих специфичных объектов. Подстанция выделяет ограниченный ресурс, потребление бывает немаленьким. В первую очередь, подразумеваются нагревательные приборы (воды), сварочные аппараты.

Таким образом, розетка выступает источником напряжения. Вольтаж сильно зависит от поведения потребителей. Замечено, утренние часы подстанции перегружают, соответствующим образом учитывается областями при тарификации. Что касается идеальных источников, подразумевается, параметры постоянные. До некоторых пор встретить подобное оборудование представлялось невозможным, современные технологии рамки ограничений сильно расширили.

Инвертор сварочный

Сварочный инвертор IWM 220 сохраняет работоспособность в диапазоне питающих напряжений 180 – 250 вольт, выдавая постоянное действующее значение тока на зажимы. Электронные блоки питания достигают столь высоких показателей путем гибкого регулирования режимов работы. Брать инверторы, принцип действия основан на выпрямлении, фильтрации напряжения 220 вольт, последующей нарезкой пачками импульсов. Варьированием скважности посылок, длиной достигается изменение тока.

Измерительный датчик Холла влияет, напрямую или опосредованно, на напряжение смещения силового ключа. Возможны другие, процессорные, схемы управления выходными параметрами приборов. В последнем случае заботы забирает процессор, несущий соответствующую программу, заложенную в память цифровым кодом.

Для сварки используются переменный и постоянный токи, для черных и цветных металлов. Важно понимать: источник способен поддерживать любой закон изменения параметров. Это признаётся отличительной особенностью, предназначением. Обеспечивает правильное функционирование потребителей.

Работа источника тока

Требования к факторам питания

В учебниках физики приводятся в качестве примеров источников тока:

Батарейки.
Аккумуляторы.

Несложно заметить, сплошь гальванические источники питания химического принципа действия. Автоводитель знает: аккумулятор бессилен выдать постоянный ток, напряжение. Мощность ограничена скоростью протекания химических реакций на пластинах, обкладках. В результате параметры не остаются постоянными.

Лучший пример источника питания тока, напряжения – инвертор. Электроника гибко изменяет параметры устройства, добиваясь достижения нужного эффекта. На выходе переменные, постоянные напряжения, токи. В зависимости от возникающих потребностей. В персональном компьютере уйма питающих напряжений: для жестких дисков, процессора, DVD-приводов. 5, 12, 3,3 В. У каждого предназначение, несколько предназначений.

Протекание тока в цепи

Таким образом, потребитель определяет, нужен постоянный ток, либо требуется напряжение, сформированное по определенному закону. Если брать сварку, скорость протекания через плазму зарядов определяет рабочую температуру процесса, напрямую предопределяет условия существования дуги, глубину плавления металла. Технологи давно просчитали условия, определили экспериментально, руководство сварочного аппарата пишет следующее:

толщина листа – 3 мм;
диаметр электрода – 3,2 мм;
рабочий ток процесса 100 – 140 А.

Сварщик молниеносно выставляет указанные параметры на корпусе IWM 220, берет электрод нужного диаметра, обжимает ухватом, заводит второй выход на землю. Потом надевает маску, начинает легонько постукивать детали, получая искру. Не слишком обеспокоен результатами труда, отраслевое пособие промышленности сообщает, с какой скоростью двигаться вдоль шва, под каким углом наблюдать результат процесса. Сварщик твердо знает, чего делать не нужно. Чтобы удостовериться, специальная комиссия по результатам тестов (выполнение определенных швов) присваивает рабочему разряд (ощутимо влияет на спектр полномочий, заработную плату).

Итак, род тока определяют потребности идущего процесса. В большинстве случаев требуется напряжение, часто приборы первоначально требовали постоянства тока. Прежде это обогреватели различного толка, основывающие принцип действия законом Джоуля-Ленца. Мощность, преобразующаяся в тепло, определяется размером сопротивления, протекающим током.

В бытовых целях удобнее поддерживать напряжение. Помимо обогревателей имеется множество других приборов. Прежде всего электроника. Напряжение на активном сопротивлении проводника линейно зависит от тока. Нет разницы, что поддерживать постоянным. Отчего тогда при сварочном процессе приходится стабилизировать.

Рука сварщика неспособна двигаться с достаточной твердостью, флуктуации воздуха постоянно меняют длину дуги. Имеются другие помехи. Напряжение на участке непостоянно. Следовательно, ток менялся бы (согласно закону Ома). Недопустимо по причинам описанным выше: изменится температура, технологический процесс пойдет неправильным путем. Приходится поддерживать постоянным ток, не напряжение.

Как практики получают ток заданной формы

Исторически первыми открыты гальванические источники тока. Произошло в 1800 году. Гением, подарившим человечеству первый источник питания, является Алессандро Вольта. Последовала плеяда открытий. Первым измерителем стал гальванометр – прибор, регистрирующий силу электрического тока. Принцип действия новинки, представленной миру Швейггером, основывался на взаимодействии магнитных полей проводника, стрелки компаса.

Вопрос важен по простой причине, для поддержания нужного закона тока нужно измерить физическую величину. Первые гальванометры оценивали параметр по силе магнитного поля, создаваемого проводником. В дальнейшем заложило основу действия первых тестеров. Как работает современное оборудование?

В зарядных устройствах поддерживается постоянным напряжение. Ток измеряется с целью оценки полноты наполненности батареи. Благодаря продуманному подходу, телефон способен сигнализировать мнемонически о ходе процесса. Когда батарея полна, полоса зарядки полностью закрашивается (первые сотовые телефоны), либо исчезает (на многих смартфонах в выключенном состоянии). Ход процесса регистрируется датчиком Холла: только исчезают импульсы, считается, устройство не нуждается в дальнейшей подзарядке.

На основе указанного эффекта первое время было возможным регистрировать наличие/отсутствие тока. С развитием науки, техники появились преобразователи на основе соединений индия, отличающиеся неплохими метрологическими качествами. По величине выходного напряжения способные оценивать параметры тока. Современные аналого-цифровые преобразователи измерения позволят перевести разницу потенциалов в цифры, понятные процессору. Последний выполняет необходимые операции по управлению устройством, способствуя получению тока заданной формы.

Инвертор действует схожим образом. Последовательности импульсов, нарезаемые ключом, проходят малогабаритный параметр в неизменном виде (форма графика), с измененными характеристиками. Остается только измерить нужные величины, произвести интегрирование на некотором участке. В результате современный сварочный аппарат по определению защищен против залипания: при резком возрастании тока питания отключается. Имеются у инверторов некоторые другие полезные качества, обеспечиваемые электроникой. Вот почему сварщикам нравятся аппараты.

В мощных цепях ток контролируется трансформаторами. Датчики Холла с десятками, сотнями амперов не работают напрямую. Типичный лимит составляет десятки мА. Используется принцип, схожий с имеющим место быть в цифровых мультиметрах: из потока движущихся по электрической цепи зарядов вычленяется некоторая малая часть. Далее пропорцией оценивается полная величина. Трансформаторы тока действуют аналогичным образом. Не имея первичной обмотки, путем электромагнитной индукции передают малую часть энергии поля измерительному средству (например, счетчику, аппаратуре контроля).

Отличительные особенности

Из сказанного понимаем следующее:

Физика под источником тока понимает агрегат, формирующий на выходе постоянный параметр. Практика часто предъявляет иные требования. Хотя чаще ток требуется постоянный.
На схемах источник тока обозначают по-другому, нежели источник ЭДС. Круг с двумя галками. Иногда рядом стоит латинская литера I. Сие помогает решать согласно уравнениям Кирхгофа задачи нахождения условий элементов электрической цепи.
Форма закона генерируемого тока определяется нуждами потребителя. Большинство бытовых приборов питается напряжением. Постоянство тока, особая форма не нужны, даже приносят вред. Мясорубка при заклинивании вала костью требует больше энергии. На это настроена регулирующая и защитная электроника.
Мощность, отдаваемая идеальным источником, растет пропорционально активному сопротивлению нагрузки. В реальности видим некий лимит, выше которого параметры начнут отличаться от заданных.

Проще говоря, исторически с точки зрения практики удобнее постоянным поддерживать напряжение, не ток. Термин, рассматриваемый разделом, вызывает много затруднений у людей посторонних, далеких электронике, вполне сведущих в технике. Итак, источник тока – отвечает за поддержание нужной формы тока. Чаще требуется постоянный.

Величина тока послужит целям регулирования. Искрение коллекторного двигателя сопровождается возрастанием нагрузки. Растет потребляемый ток, цепи контроля повышают напряжение на обмотках с целью преодолеть возникший «кризис». Приводит к необходимости контроля величины тока. В мясорубках задачу решает цепь обратной связи, формирующая угол отсечки ключом входного напряжения.

Пытаясь сохранить постоянной разность потенциалов, приборы варьируют потребление тока. В результате запрашиваемая от подстанции мощность меняется, эффект приводит к проседанию вольтажа. Визуально наблюдаем медленным миганием лампочек накала (энергосберегающие несут в цоколе драйвер для поддержания постоянства напряжения). Аналогичным образом устройства показали бы проседание тока при неизменном напряжении.

Постоянный ток

Постоянный ток (direct current) – это упорядоченное движение заряженных частиц в одном направлении. Другими словами
величины характеризующие электрический ток, такие как напряжение или сила тока, постоянны как по значению, так и по направлению.

В источнике постоянного тока, например в обычной пальчиковой батарейке, электроны движутся от минуса к плюсу. Но исторически сложилось так, что за техническое направление тока считается направление от плюса к минусу.

Для постоянного тока применимы все основные законы электротехники, такие как закон Ома и законы Кирхгофа.

История

Изначально постоянный ток назывался – гальваническим током, так как впервые был получен с помощью гальванической реакции. Затем, в конце девятнадцатого века, Томас Эдисон, предпринимал попытки организовать передачу постоянного тока по линиям электропередачи. При этом даже разыгралась так называемая “война токов”, в которой шел выбор в качестве основного тока между переменным и постоянным. К сожалению, постоянный ток “проиграл” эту “войну”, потому что в отличие от переменного тока, постоянный, несет большие потери в мощности при передаче на расстояния. Переменный ток легко трансформировать и благодаря этому передавать на огромные расстояния.

Источники постоянного тока

Источниками постоянного тока могут быть аккумуляторы, либо другие источники в которых ток появляется благодаря химической реакции (например, пальчиковая батарейка).

Также источниками постоянного тока может быть генератор постоянного тока, в котором ток вырабатывается благодаря
явлению электромагнитной индукции, а затем выпрямляется с помощью коллектора.

Постоянный ток может быть получен с помощью выпрямления переменного тока. Для этого существуют различные выпрямители и преобразователи.

Применение

Постоянный ток, достаточно широко применяется в электрических схемах и устройствах. К примеру, дома, большинство приборов, таких как модем или зарядное устройство для мобильного, работают на постоянном токе. Генератор автомобиля, вырабатывает и преобразует постоянный ток, для зарядки аккумулятора. Любое портативное устройство питается от источника постоянного тока.

В промышленности постоянный ток используется в машинах постоянного тока, например в двигателях, или генераторах. В некоторых странах существуют высоковольтные линии электропередачи постоянного тока.

Постоянный ток также нашел свое применение и в медицине, например в электрофорезе – процедуре лечения с помощью электрического тока.

В железнодорожном транспорте, кроме переменного, используется и постоянный ток. Это связано с тем, что тяговые двигатели, которые имеют более жесткие механические характеристики, чем асинхронные, являются двигателями постоянного тока.

Влияние на организм человека

Постоянный ток в отличие от переменного является более безопасным для человека. Например, смертельным током для человека является 300 мА если это ток постоянный, а если переменный с частотой 50 Гц, то 50-100 мА.

Источник постоянного тока LICON 60Вт/100Вт/DIN-12B

Источник постоянного тока — 60 или 100 Вт (DIN-12B), подготовленный для установки на рейку DIN

Источник постоянного напряжения зависит от общей потребляемой мощности всех управляемых фанкойлов. Licon предлагает два вида источников: мощностью 60 Вт и 100 Вт. Источники поставляются отдельно и крепятся на DIN-рейке в электрическом щите.

Источник постоянного напряжения с выключателем
Бесшумная эксплуатация, высокая эффективность
Установка на DIN-рейке
Степень защиты IP 20

Модель	DR-60-12	DR-100-12
Мощность источника	60 Вт	100 Вт
Исходное напряжение питания	230 V AC/0,88 A	230 V AC/1,6 A
Напряжение на выходе	12 V DC/4 A	12 V DC/6,5 A
Размеры ш × в × г (мм)	78 x 93 x 56	100 x 93 x 56

Пример расчета проектной мощности источника прямого напряжения

Для системы регулировки необходимо правильно рассчитать потребляемую электрическую мощность, чтобы правильно подобрать размеры источника прямого напряжения. Расчет общей потребляемой мощности приборов осуществляется путем суммирования потребляемой мощности всех конвекторов, оснащенных вентиляторами, управление которыми будет осуществляться через один термостат.

Пример:

Проект предусматривает использование фанкойлов следующих типов:

2 шт Licon PKOC 160/9/28 – в таблице находим потребляемую мощность 12 Вт

1 шт Licon PKOC 240/11/20 – в таблице находим потребляемую мощность 22,5 Вт

2 шт Licon PKOC 120/11/28 – в таблице находим потребляемую мощность 11 Вт (по выбору термоприводы – 4 шт – 4 x 1,8 Вт = 7,2 Вт)

Общая потребляемая мощность:

12 + 12 + 22,5 + 11 + 11 + (7,2) = 68,5 Вт (75,7) Вт

Выбираем источник питания мощностью 100 Вт

Активный источник транзистора

»Электроника

Простейшей формой источника тока является резистор, но активные источники тока, использующие транзисторы, могут обеспечивать гораздо более постоянный ток или управляемый ток.

Типы транзисторных цепей

Включают:
Типы транзисторных цепей Общий эмиттер Эмиттер-повторитель Общая база Пара Дарлингтона Пара Шиклай Текущее зеркало Длиннохвостая пара Источник постоянного тока Множитель емкости Двухтранзисторный усилитель Фильтр высоких частот

См. Также: Конструкция транзисторной схемы

Активные источники постоянного тока часто используются в проектировании электронных схем.Некоторые цепи постоянного тока могут быть изготовлены с использованием очень небольшого количества электронных компонентов, но другие, обеспечивающие лучшую производительность, могут использовать несколько больше.

В простейшем источнике постоянного тока используется один электронный компонент: резистор, но часто в источниках постоянного тока используются транзисторы, хотя можно также использовать полевые транзисторы и, где это применимо, вакуумные настройки термоэмиссионных клапанов.

Можно сделать активный источник постоянного тока, используя один транзистор и пару резисторов, хотя также доступны более полные конструкции с использованием нескольких дополнительных электронных компонентов.

Обозначения цепи источника тока

Что такое источник постоянного тока

Базовым элементом является источник тока, а это элемент или блок в цепи, функция которого заключается в обеспечении тока, при этом основное внимание уделяется обеспечению тока, а не напряжения.

Более полезный элемент с точки зрения подачи тока — это то, что называется источником постоянного тока. Этот объект обеспечивает заданный уровень тока независимо от импеданса нагрузки, на которую он пропускает ток.

Теоретический источник постоянного тока сможет обеспечить постоянный ток полностью независимо от импеданса. Проблемы могут возникнуть, когда встречаются очень высокие уровни импеданса или даже разомкнутые цепи, потому что для достижения требуемых уровней тока могут потребоваться очень высокие напряжения.

В связи с этим у реальных источников постоянного тока есть ограничения на диапазон уровней импеданса, при которых они могут обеспечивать постоянный ток.

На графике ВАХ выходного сигнала источника постоянного тока характеристика представлена прямой линией.

Есть два типа источников постоянного тока:

Независимый источник тока: Для этой формы источника тока ток не зависит от какой-либо переменной в цепи. Другими словами, он производит фиксированный ток.
Управляемый источник тока: Эта форма устройства постоянного тока вырабатывает уровень тока, которым можно управлять с помощью внешнего фактора, такого как управляющее напряжение, но оно сможет обеспечить требуемый уровень тока независимо от Загрузка.

Применения активного источника тока

Источники тока необходимы в различных областях проектирования электронных схем.

Источники тока могут использоваться для смещения транзисторов, а также могут использоваться в качестве активной нагрузки для каскадов усилителей с высоким коэффициентом усиления. Они также могут использоваться в качестве источников излучения для дифференциальных усилителей — например, они могут использоваться в паре транзисторов с длинными хвостами.

Их также можно использовать в качестве повышающих звеньев с широким диапазоном напряжений в источниках питания и других цепях с широким диапазоном напряжений.Если бы использовались обычные резисторы, то ток значительно варьировался бы в диапазоне напряжений.

Одним из распространенных примеров использования источников тока является управление стабилитроном в цепи регулятора. Поддержание постоянного тока независимо от тока, потребляемого последовательным транзистором в цепи, помогает поддерживать гораздо лучший уровень регулирования.

Отдельные источники тока также необходимы в различных процессах, включая электрохимию и электрофорез.

Таким образом, можно увидеть, что источник постоянного тока является важным схемным блоком, используемым в самых разных областях проектирования электронных схем.

Схема простого резисторного источника тока

В простейшей форме цепи постоянного тока используется единственный электронный компонент: резистор. Если напряжение источника намного выше, чем напряжение, при котором требуется ток, то выходной ток будет почти независимым от нагрузки.

Для идеального источника постоянного тока источник напряжения должен иметь бесконечное напряжение, а резистор — бесконечное сопротивление.

Для практических применений напряжение и сопротивление должны позволять току быть достаточно постоянным во всем диапазоне требуемых нагрузок.

Простой источник постоянного тока, состоящий из источника высокого напряжения и резистора высокого номинала

Для схемы выше, ток можно очень легко рассчитать, так как он приблизительно равен I = V / R, потому что Vload (напряжение на нагрузке) намного меньше, чем V (напряжение источника).

Эта простая форма источника тока имеет множество ограничений:

Высокие значения сопротивления, необходимые для рассеивания мощности, делают цепи неэффективными.
Необходимы источники высокого напряжения, которые не всегда легко доступны.
Изменения нагрузки могут вызвать некоторые колебания тока, если недоступны достаточно высокие значения напряжения источника.

Ввиду этих ограничений этот простой источник постоянного тока не широко используется там, где требуется истинный постоянный ток.

Для достижения лучшей производительности при использовании источника более низкого напряжения и меньшей рассеиваемой мощности, хотя и с несколькими дополнительными электронными компонентами, активная цепь постоянного тока более широко используется и обеспечивает лучшую общую производительность для большинства практических требований.

Основы транзисторного активного источника постоянного тока

Простое использование транзистора позволяет создать гораздо более эффективный источник тока, используя всего несколько дополнительных электронных компонентов, включая транзистор, несколько резисторов и несколько простых уравнений для конструкции электронной схемы.

Источник тока работает из-за того, что ток коллектора в схеме транзистора в раз больше тока базы. Это не зависит от напряжения коллектора при условии, что имеется достаточное напряжение для пропускания тока через нагрузочное устройство в коллекторе.

Однотранзисторный активный источник тока

В этой схеме ток коллектора в β раз больше тока базы. Обычно β велико, и поэтому можно предположить, что ток эмиттера, который в (β + 1) раз больше тока базы, и ток коллектора, который в β раз больше тока базы, одинаковы.

Ввиду этого спроектировать схему для заданного тока несложно.

Ie = (β + 1) Ib

Iload = Ic = βIb

Iload = β Ve (β + 1) Re

Iload = Vb — 0.6Re

Примечание: здесь предполагается использование кремниевого транзистора, поскольку падение напряжения на базе эмиттера составляет 0,6 В

Установкой резисторов R1 и R2 можно установить базовое напряжение. Напряжение эмиттера будет на 0,6 вольт меньше, если предположить, что это кремниевый транзистор. Зная напряжение эмиттера, можно рассчитать ток эмиттера, просто зная закон Ома.

Схема простого стабилизированного активного источника тока

Чтобы устранить любые колебания тока, возникающие из-за изменений напряжения питания, достаточно просто добавить некоторую регулировку в основную схему, заменив несколько электронных компонентов.Это достигается заменой R2 на стабилитрон или опорный диод напряжения.

Транзисторный источник активного тока, использующий стабилитрон для повышения стабильности

Применяются те же уравнения, что и раньше, но с той лишь разницей, что базовое напряжение поддерживается на более постоянном уровне в результате наличия стабилитрона, опорного диода напряжения.

Температурная зависимость активного источника тока

Одним из основных недостатков основного активного источника тока является то, что он в определенной степени зависит от температуры.Для многих приложений это может быть не важно, но там, где требуются очень жестко контролируемые условия, температурные характеристики могут быть очень важны.

Существует два основных варианта:

Изменения Vbe в зависимости от температуры Эффект изменения Vbe, вызванного температурой, составляет приблизительно -2 мВ / ° C. Это приводит к изменению Vce. Можно рассчитать приблизительное соотношение: ΔVbe примерно равно -0.0001ΔVce.
Это можно минимизировать, выбрав сопротивление эмиттера достаточно большим, чтобы гарантировать, что изменения напряжения эмиттера в десятки милливольт будут составлять лишь небольшую часть от общего напряжения эмиттера. Однако необходимо следить за тем, чтобы между коллектором и шиной оставалось достаточное напряжение, чтобы пропускать ток через нагрузку и компенсировать любые изменения напряжения питания.
Вариации β относительно температуры Это может не быть серьезной проблемой, и любые отклонения можно минимизировать, выбрав транзистор с высоким значением / Hfe.Таким образом, вклад базового тока в ток эмиттера сводится к минимуму, а отклонения уменьшаются, насколько это возможно.

Цепи активного источника тока с хорошей температурной стабильностью

Можно разработать схемы транзисторных активных источников тока, у которых внутренняя температурная стабильность лучше, чем у простых схем, приведенных выше.

Одна из простейших схем — использовать схему, в которой используются транзисторы NPN и PNP. В показанной схеме изменения падения напряжения Vbe в TR1 компенсируются соответствующими изменениями в TR2.В этой схеме следует отметить, что R3 является подтягивающим резистором для коллектора TR1, потому что база TR2 может потреблять ток, но не обеспечивать его.

Активный источник тока на транзисторах с температурной компенсацией

Схемы, прежде всего, включают транзисторы, но также могут использоваться другие активные электронные компоненты, включая полевые транзисторы и даже вакуумные лампы / термоэлектронные лампы. При использовании других электронных компонентов в качестве активного устройства в источнике тока, устройства и схема смещения должны учитывать тот факт, что и полевые транзисторы, и клапаны / лампы управляются напряжением, а не током.Тем не менее их можно использовать так же эффективно.

Транзисторные активные источники тока используются во многих областях, особенно в интегральных схемах и некоторых зарядных устройствах. Они позволяют подавать фиксированный или контролируемый ток независимо от напряжения (в определенных пределах) и поэтому очень полезны.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы».. .

LM334 Учебное пособие по схемам постоянного тока

Рис. 1

Льюиса Лофлина

Источник постоянного тока (CCS) в электронике — это устройство / цепь, которая производит постоянное значение тока независимо от напряжения источника или сопротивления нагрузки. На рис. 1 показана общая схема CCS с использованием биполярного транзистора PNP. Значения Ic = Ib * hfe (бета) транзистора. Цепь постоянного тока также может использоваться в качестве ограничителя тока.

Maxim Semiconductor отмечает следующее, почему нам необходимо использовать источник постоянного тока:

При использовании белых светодиодов для подсветки дисплеев или других приложений освещения есть две причины использовать их с постоянным током: Чтобы избежать нарушения абсолютного максимального номинального тока и снижения надежности.
Для получения предсказуемой и согласованной силы света и цветности от каждого светодиода … Прямой ток по сравнению с прямым напряжением шести случайных белых светодиодов (по три от каждого из двух производителей)… например, при подаче на эти шесть светодиодов напряжения 3,4 В их прямой ток будет изменяться от 10 мА до 44 мА, в зависимости от светодиода ».

Помимо светодиодов, источники постоянного тока используются с резистивными датчиками, такими как фотоэлементы и термисторы, для большей стабильности и для источников питания с ограничением тока. Также полезно для тестирования и создания прототипов.

См. Источник постоянного тока LM334 с резистивными датчиками.

Рис. 2

На Рис. 2 показан источник постоянного тока с ОУ 741.См. 3-амперный источник постоянного тока операционного усилителя LM741.

На рис. 1 Ib управляется резистором 1 кОм и потенциометром 5 кОм. При Vcc, равном 12 вольт, мы падаем 0,6 вольт на переход база-эмиттер Q1. Мы настраиваем потенциометр на базовый ток 3 мА (0,003 А). Если Q1 имеет hfe 50: Ic = 0,003 * 50 = 150 мА или 0,15 А.

Эти схемы необходимы для работы с мощными светодиодными матрицами. Схема выше проста, может быть немного нестабильной из-за дрейфа температуры с Q1, вызывающего дрейф тока.Эта проблема незначительна по сравнению с дрейфом источника питания, который может вызвать гораздо большую нестабильность.

В других источниках постоянного тока используется популярный регулятор переменного напряжения LM317.

TL431A — еще одна популярная деталь в небольшом корпусе TO-92. Проще говоря, TL431A действует как регулируемый / регулируемый с температурной компенсацией https: //www.bristolwatch/ele/zener_power_supply.htmЗенеровский диод. Он также может действовать как источник опорного напряжения или постоянного тока.

Рис. 3

Рис. 3 использует LM334, трехконтактный источник тока, предназначенный для работы при уровнях тока от 1 мкА до 10 мА, которые устанавливаются внешним резистором Rset.Устройство работает как «настоящий двухконтактный источник тока, не требующий дополнительных подключений питания». Он также может работать как датчик температуры.

В этом примере я использую LM334 для управления Ib в Q3. Rset — это комбинация R1 и R2, настроенная на 100 Ом. Iset = Ib = 67,7 мВ / Rset = 677 мкА. Ic = Ib * hfe; Ic = 677 мкА * 180 = 120 мА. Q3 был 2N2907. См. Лист технических характеристик LM334.

Это намного превосходит две более ранние схемы, потому что колебания напряжения питания вызывают небольшое измеримое изменение Ic.Но LM334 страдает от максимального тока привода всего 10 мА, и есть много приложений, где требуются гораздо более высокие токи.

В следующем разделе мы рассмотрим использование регулятора переменного напряжения LM317 в режиме источника постоянного тока.

См. Цепи постоянного тока LM317

Выше мы увеличиваем ток из LM317. См. LM317 Источник питания повышенного тока с регулируемым напряжением

Другие схемы и теория CCS

Видео на YouTube

Другие схемы

Домашняя страница Hobby Electronics и домашняя страница для веб-мастеров (Off site.)

Источник постоянного тока на полевом транзисторе

Источник постоянного тока на полевом транзисторе — это тип активной схемы, в которой используется полевой транзистор для подачи постоянного тока в схему. Но зачем вам постоянный ток? Источники постоянного тока и приемники тока (приемник тока является обратной стороной источника тока) — очень простой способ формирования цепей смещения или опорных значений напряжения с постоянным значением тока, например 100 мкА, 1 мА или 20 мА, используя только одиночный полевой транзистор и резистор.

Источники постоянного тока обычно используются в цепях зарядки конденсаторов для точной синхронизации или в приложениях для зарядки аккумуляторов, а также в цепях линейных светодиодов для возбуждения цепочек светодиодов с постоянной яркостью.

Опорные резисторы напряжения также могут быть сформированы с использованием источников постоянного тока, потому что, если вы знаете значение сопротивления и ток, протекающий через него, является постоянным и постоянным, вы можете просто использовать закон Ома, чтобы найти падение напряжения.Однако ключ к созданию точного и надежного источника постоянного тока зависит от использования полевых транзисторов с низкой крутизной проводимости, а также прецизионных значений резисторов для преобразования тока в точное и стабильное напряжение.

Полевые транзисторы обычно используются для создания источника тока с Junction-FET (JFET) и металл-оксидными полупроводниковыми MOSFET, которые уже используются в источниках слабого тока. В своей простейшей форме JFET может использоваться как резистор, управляемый напряжением, где небольшое напряжение затвора контролирует проводимость его канала.

Мы видели в нашем руководстве о JFET, что JFET — это истощающие устройства , а N-канальный JFET — это устройство, которое «нормально включено», пока напряжение затвор-исток (VGS) не станет достаточно отрицательным, чтобы выключить его. ». P-канальный JFET, который также является «нормально включенным» устройством истощения, требует, чтобы напряжение на затворе стало достаточно положительным, чтобы выключить его.

Смещение N-канального JFET

На изображении показана стандартная компоновка и соединения для N-канального JFET с общим источником и нормальным смещением при использовании в его активной области.Здесь напряжение затвор-исток V _GS равно питанию затвора или входному напряжению V _G, которое устанавливает обратное смещение между затвором и истоком, в то время как V _DD обеспечивает напряжение сток-исток и ток от источника питания от стока к источнику. Этот ток, поступающий на клемму стока JFET, имеет маркировку I _D.

Напряжение сток-исток V _DS представляет собой прямое падение напряжения полевого транзистора и является функцией тока стока, I _D для различных значений затвор-исток V _GS.Когда V _DS имеет минимальное значение, проводящий канал JFET полностью открыт, а I _D имеет максимальное значение, которое называется током насыщения сток-исток I _{D (sat)} или просто I _{. ДСС}.

Когда V _DS имеет максимальное значение, проводящий канал JFET полностью закрыт (отсечен), поэтому I _D уменьшается до нуля при напряжении сток-исток, V _DS равно напряжение питания стока В _DD.Напряжение затвора V _GS, при котором канал полевого транзистора перестает проводить ток, называется напряжением отсечки затвора V _{GS (off)}.

Эта общая схема смещения источника N-канального JFET определяет установившийся режим работы JFET при отсутствии любого входного сигнала, V _IN, поскольку V _GS и I _D являются величинами установившегося состояния, то есть состояние покоя JFET.

Таким образом, для полевого транзистора с общим истоком напряжение затвор-исток V _GS контролирует, сколько тока будет протекать через проводящий канал полевого транзистора между стоком и истоком, что делает полевой транзистор управляемым напряжением, поскольку его входное напряжение управляет током в канале. .В результате мы можем разработать набор кривых выходных характеристик, построив график I _D в сравнении с V _GS для любого данного устройства JFET.

Выходная характеристика N-канального JFET

JFET как источник постоянного тока

Тогда мы можем видеть, что n-канальный JFET является нормально включенным устройством, и если V _GS достаточно отрицательный, проводящий канал сток-исток закрывается (отсечка) и ток стока уменьшается до нуля. Для n-канального JFET закрытие проводящего канала между стоком и истоком вызвано расширением обедненной области p-типа вокруг затвора до тех пор, пока он полностью не исчезнет. закрывает канал.Области обеднения N-типа закрывают канал для полевого транзистора с p-каналом.

Таким образом, установив напряжение затвор-исток на некоторое заранее определенное фиксированное отрицательное значение, мы можем заставить JFET проводить ток через свой канал с определенным значением между нулем ампера и I _DSS соответственно. Рассмотрим схему ниже.

Смещение нулевого напряжения JFET

Мы видели, что кривые выходных характеристик полевого транзистора представляют собой график зависимости I _D от V _GS для постоянного V _DS.Но мы также заметили, что кривые JFET не сильно меняются при больших изменениях в V _DS, и этот параметр может быть очень полезен при установлении фиксированной рабочей точки проводящего канала.

В простейшем источнике постоянного тока клемма затвора JEFT закорочена на клемму источника, как показано, проводящий канал полевого транзистора открыт, поэтому ток через него будет близок к максимальному значению I _DSS из-за работы полевого транзистора. в области насыщенного течения.Однако работа и производительность такой конфигурации с постоянным током довольно плохие, поскольку JFET постоянно находится в полной проводимости со значением тока I _DSS, полностью зависящим от типа устройства.

Например, серия n-канальных JFET 2N36xx или 2N43xx составляет всего несколько миллиампер (мА), тогда как более крупные серии n-каналов J1xx или PN4xxx могут иметь несколько десятков миллиампер. Также обратите внимание, что I _DSS будет сильно различаться между устройствами с тем же номером детали, который производители указывают в своих технических паспортах, минимальные и максимальные значения этого тока стока нулевого напряжения затвора, I _DSS.

Также следует отметить, что полевой транзистор — это, по сути, резистор, управляемый напряжением, токопроводящий канал которого имеет резистивное значение последовательно с выводами стока и истока. Это сопротивление канала называется R _DS. Как мы видели, когда V _GS = 0, протекает максимальный ток сток-исток, поэтому сопротивление канала полевого транзистора R _DS должно быть минимальным, и это правда.

Однако сопротивление канала не является полностью нулевым, а имеет некоторое низкое омическое значение, определяемое производственной геометрией полевого транзистора и которое может достигать 50 Ом или около того.Когда полевой транзистор проводит, это сопротивление канала обычно известно как R _{DS (ON)} и имеет минимальное значение сопротивления, когда V _GS = 0. Таким образом, высокое значение R _{DS (ON)} приводит к низкому значению сопротивления. I _DSS и наоборот.

Таким образом, JFET может быть смещен для работы в качестве источника постоянного тока при любом значении тока ниже его тока насыщения, I _DSS, когда V _GS равен нулю вольт. Когда V _GS находится на уровне напряжения отключения V _{GS (off)}, ток стока будет нулевым (I _D = 0), поскольку канал закрыт.Таким образом, ток стока каналов I _D будет всегда течь, пока JFET-транзистор работает в своей активной области, как показано.

Кривая передачи JFET

Обратите внимание, что для P-канального JFET напряжение отсечки V _{GS (off)} будет положительным напряжением, но его ток насыщения I _DSS, полученный, когда V _GS равен нулю вольт, будет таким же, как для N-канального устройства. Также обратите внимание, что передаточная кривая нелинейна, потому что ток стока увеличивается быстрее через открытый канал, когда V _GS приближается к нулю вольт.

Отрицательное смещение полевого транзистора JFET

Мы помним, что JFET — это устройство в режиме истощения, которое всегда находится в состоянии «ВКЛ», поэтому для их выключения требуется отрицательное напряжение затвора для N-канальных JFET и положительное напряжение затвора для P-канальных JFET. Смещение N-канального JFET с положительным напряжением или смещение P-канального JFET с отрицательным напряжением откроет проводящий канал, еще больше увеличивая ток канала, I _D за I _DSS.

Но если мы используем характеристические кривые I _D по сравнению с V _GS, мы можем установить V _GS на некоторый отрицательный уровень напряжения, скажем, -1 В, -2 В или -3 В, чтобы создать фиксированный источник постоянного тока JFET какой бы уровень тока нам ни требовался от нуля до I _DSS.

Но для более точного источника постоянного тока с улучшенным регулированием лучше смещать JFET примерно на 10–50% от его максимального значения I _DSS. Это также помогает снизить потери мощности I ² * R через резистивный канал и, следовательно, снизить эффект нагрева.

Итак, мы можем видеть, что смещая вывод затвора полевого транзистора с некоторым отрицательным значением напряжения или положительным напряжением для полевого транзистора с P-каналом, мы можем установить его рабочую точку, позволяющую каналу проводить и пропускать определенное значение тока стока, I _Д.Для различных значений V _GS ток стока полевого транзистора I _D можно математически выразить как:

Уравнение тока утечки JFET

Пример №1 источника постоянного тока на полевом транзисторе

В таблице данных производителя J109 N-канального переключающего JFET показано, что он имеет I _DSS, равный 40 мА, когда V _GS = 0, и максимальное значение V _{GS (выкл.)}, равное -6,0 вольт. Используя эти заявленные значения, рассчитайте значение тока стока полевого транзистора, когда V _GS = 0, V _GS = -2 вольта и когда V _GS = -5 вольт.Также покажите кривую передаточной характеристики J109.

1). Когда V _GS = 0V

Когда V _GS = 0 В, токопроводящий канал открыт и течет максимальный ток стока.

Таким образом, I _D = I _DSS = 40 мА .

2). Когда V _GS = -2V

3). Когда V _GS = -5V

4). J109 Кривая передаточной характеристики

Таким образом, мы можем видеть, что по мере того, как напряжение затвор-исток, V _GS приближается к напряжению отсечки затвор-исток, V _{GS (off)} ток стока, I _D уменьшается.В этом простом примере мы рассчитали ток стока в двух точках, но расчет с использованием дополнительных значений V _GS между нулем и отсечкой даст нам более точную форму кривой.

Источник тока JFET

JFET можно заставить работать в качестве источника постоянного тока, управляемого напряжением, когда его переход затвор-исток имеет обратное смещение, и для N-канального устройства нам понадобится -V _GS, а для P-канального устройства нам понадобится + В _GS. Проблема здесь в том, что для JFET требуется два отдельных источника напряжения, один для V _DD, а другой для V _GS.

Однако, если мы поместим резистор между источником и землей (0 вольт), мы сможем достичь необходимого механизма самосмещения V _GS, чтобы JFET работал в качестве источника постоянного тока, используя только напряжение питания V _DD. Рассмотрим схему ниже.

Источник тока JFET

На первый взгляд вы можете подумать, что эта конфигурация очень похожа на схему общего стока JFET (ведомого источника), которую мы видели в учебном пособии по JFET.

Однако разница на этот раз заключается в том, что, хотя вывод затвора полевого транзистора по-прежнему напрямую связан с землей (V _G = 0), вывод истока находится на некотором уровне напряжения выше нулевого напряжения земли из-за падения напряжения на резисторе истока Р _С.Следовательно, при канальном токе, протекающем через резистор внешнего истока, напряжение затвор-исток полевого транзистора будет меньше (больше отрицательного) нуля (В _GS

Резистор внешнего источника R _S обеспечивает напряжение обратной связи, которое используется для самосмещения вывода затвора полевого транзистора JFET, сохраняя постоянный ток стока через канал, несмотря на любые изменения напряжения сток-исток. Таким образом, единственный источник напряжения, который нам нужен, — это напряжение питания V _DD для обеспечения стока. ток и предвзятость.

Таким образом, JFET использует падение напряжения на истоковом резисторе (V _RS) для установки напряжения смещения затвора V _GS и, следовательно, тока канала, как мы видели выше. Таким образом, увеличение значения сопротивления R _S приведет к уменьшению тока стока каналов I _D, и наоборот. Но если бы мы хотели построить схему источника постоянного тока на полевом транзисторе, какое значение было бы подходящим для этого внешнего резистора источника, R _S.

Технические данные производителя для конкретного N-канального JFET предоставят нам значения V _{GS (выкл.)} и I _DSS.Зная значения этих двух параметров, мы можем транспонировать приведенное выше уравнение JFET для тока стока, I _D, чтобы найти значение V _GS для любого заданного значения тока стока, I _D между нулем и I _{. DSS}, как показано.

Уравнение напряжения затвора на полевом транзисторе JFET

После определения напряжения затвор-исток, необходимого для данного тока стока, значение требуемого сопротивления резистора смещения истока определяется простым использованием закона Ома, так как R = V / I.Таким образом:

Уравнение истокового резистора с полевым транзистором JFET

Пример №2 источника постоянного тока на полевом транзисторе

Использование N-канального JFET-устройства J109 сверху, которое имеет I _DSS на 40 мА, когда V _GS = 0, и максимальное значение V _{GS (выкл.)}, равное -6,0 В. Рассчитайте значение резистора внешнего источника, необходимого для создания постоянного тока в канале 20 мА и еще раз для постоянного тока 5 мА.

1). V _GS для I _D = 20 мА

2).V _GS для I _D = 5 мА

Таким образом, когда известны V _{GS (off)} и I _DSS, мы можем использовать приведенные выше уравнения, чтобы найти сопротивление истока, необходимое для смещения напряжения затвора для конкретного тока стока, и в нашем простом примере оно составило 87,5 Ом при 20 мА и 776 Ом при 5 мА. Таким образом, добавление внешнего резистора источника позволяет регулировать выходной ток источника.

Если мы заменим резисторы с фиксированным номиналом на потенциометр, мы сможем полностью настроить источник постоянного тока на полевом транзисторе.Например, мы могли бы заменить два истоковых резистора в приведенном выше примере одним потенциометром 1 кОм или подстроечным резистором. Кроме того, что этот JFET-транзистор полностью регулируется, ток стока контура постоянного тока будет оставаться постоянным даже при изменении V _DS.

Пример источника постоянного тока на полевом транзисторе №3

N-канальный JFET требуется для изменения яркости 5-миллиметрового круглого красного светодиода в диапазоне от 8 мА до 15 мА. Если схема источника постоянного тока JFET питается от источника постоянного тока 15 В, рассчитайте сопротивление источника JFET, необходимое для освещения светодиода между минимальной и максимальной яркостью, когда переключающий JFET имеет максимальное значение V _{GS (выкл.)}, равное -4.0 вольт и I _DSS 20 мА, когда V _GS = 0. Нарисуйте принципиальную схему.

1). V _GS для I _D = 8 мА

2). V _GS для I _D = 15 мА

Тогда нам понадобится внешний потенциометр, способный изменять его сопротивление от 36 Ом до 184 Ом. Ближайшее предпочтительное значение потенциометра будет 200 Ом.

Регулируемый источник постоянного тока с полевым транзистором

Потенциометр или подстроечный резистор, используемый вместо сопротивления источника с фиксированным значением, R _S позволит нам изменять или точно настраивать ток, протекающий через проводящий канал полевого транзистора.

Однако, чтобы обеспечить хорошее регулирование тока через устройство на полевом транзисторе и, следовательно, более стабильное протекание тока, было бы лучше ограничить максимальный ток канала, протекающий через светодиод (15 мА в этом примере), между 10% и 50. % от значения JFET I _DSS.

Создание источников постоянного тока с использованием полевых МОП-транзисторов позволяет значительно увеличить токи в каналах и лучше регулировать ток, и в отличие от полевых транзисторов с полевыми транзисторами, которые доступны только в качестве устройств с обычным режимом отключения, полевые МОП-транзисторы доступны как в режиме истощения (нормально-включенном), так и в режиме улучшения (обычно выключенные) устройства как P-канального, так и N-канального типа, что позволяет использовать больший диапазон опций источника тока.

Сводка по источнику постоянного тока на полевом транзисторе

В этом руководстве мы видели в этом руководстве по источнику постоянного тока FET , что благодаря характеристикам сопротивления канала полевые транзисторы могут использоваться для подачи постоянного тока на нагрузку и найти многочисленные приложения в электронных схемах, где требуется питание. фиксированный ток подключенной нагрузки.

Цепи постоянного тока могут быть построены с использованием полевых транзисторов в режиме обеднения, а также с использованием биполярных переходных транзисторов , или комбинации этих двух устройств.Помните, что JFET — это устройство, управляемое напряжением, а не устройство, управляемое током, как биполярный транзистор.

Одной из основных характеристик полевого транзистора с переходным эффектом, или JFET, является то, что, поскольку это устройство деления, его проводящий канал всегда открыт, поэтому для его поворота требуется напряжение затвор-исток V _GS. ВЫКЛЮЧЕННЫЙ».

Напряжение V _{GS (выкл.)}, необходимое для N-канального JFET, находится в диапазоне от 0 вольт для полной проводимости канала до некоторого отрицательного значения, обычно нескольких вольт, необходимого для полного выключения JFET, таким образом замыкая канал.Таким образом, смещая вывод затвора полевого транзистора на некоторое фиксированное значение между нулем и V _{GS (off)}, мы можем управлять шириной обедненных слоев каналов и, следовательно, его резистивным значением, пропуская фиксированную и постоянную величину тока. Для P-канального JFET его значение V _{GS (off)} находится в диапазоне от 0 вольт для полной проводимости канала до некоторого положительного значения в несколько вольт для определенного значения V _DS.

Регулирование и допуск постоянного тока для данного устройства JFET зависит от величины тока стока, I _D, проходящего через канал.Чем меньше ток стока через конкретное устройство, тем лучше регулирование. Смещение JFET в диапазоне от 10% до 50% от его максимального значения I _DSS улучшит регулировку и производительность устройства. Это достигается подключением внешнего сопротивления между выводами истока и затвора.

Резистор обратной связи затвор-исток, как показано выше, обеспечивает необходимое самосмещение полевого транзистора, позволяя ему работать в качестве источника постоянного тока при любом уровне тока значительно ниже его тока насыщения, I _DSS.Это сопротивление внешнего источника, R _S, может иметь фиксированное значение сопротивления или изменяться с помощью потенциометра.

Как сделать схему источника постоянного тока | Custom

Как работает цепь питания?

Напряжение вызывает ток, а не наоборот! Итак, чтобы создать устройство, обеспечивающее постоянный ток независимо от нагрузки, мы должны использовать отрицательную обратную связь и преобразовать ток, протекающий через нашу нагрузку, в напряжение.К счастью, есть очень простой способ преобразовать ток в напряжение, который включает использование резистора небольшого сопротивления (в нашем случае резистора 0,1 Ом). Напряжение на этом резисторе будет пропорционально току (благодаря V = IR), и с его помощью мы можем зафиксировать ток в цепи. Напряжение на резисторе подается на отрицательный вход операционного усилителя, а фиксированное известное напряжение подается на положительный вывод. Выход операционного усилителя подключен к базе силового транзистора (игнорируя пару Дарлингтона), который контролирует, сколько тока может протекать через цепь.Операционный усилитель в этой схеме (U1A) находится в замкнутом контуре, потому что отрицательный вход и выход соединены вместе (через Q3), и поэтому операционный усилитель будет «пытаться» поддерживать контакты + и — при одинаковом потенциале напряжения. .

Лучший способ увидеть, как работает эта схема, — это пример:

Мы хотим установить наш источник постоянного тока на 1 ампер, и мы подключили нагрузку 1 Ом на выходе. Если через цепь протекает 1 ампер, мы должны ожидать увидеть напряжение 0,1 В на цепи 0.Резистор сопротивлением 1 Ом, поэтому мы настраиваем потенциометр так, чтобы на положительный вывод U1A подавалось напряжение 0,1 В.

Если ток, протекающий через нагрузку, меньше 1 А, тогда напряжение на резисторе 0,1 Ом будет меньше 0,1 В, и это видно на отрицательной клемме U1A. Поскольку положительный вывод больше отрицательного, операционный усилитель станет более положительным и, следовательно, увеличит проводимость Q3. Это увеличение проводимости Q3 позволяет большему току проходить через нагрузку и 0.Резистор сопротивлением 1 Ом. Если ток, протекающий через резистор, превышает 1 А, тогда напряжение на резисторе 0,1 Ом становится больше 0,1 В. Это означает, что отрицательный вход операционного усилителя U1A становится больше, чем положительный вход, и, следовательно, операционный усилитель становится более отрицательным. Это уменьшение выходного напряжения приводит к уменьшению проводимости Q3 и, следовательно, меньшей проводимости. Это уменьшает ток, протекающий через нагрузку и, следовательно, через резистор 0,1 Ом.

Чтобы увидеть, какой ток протекает через нагрузку, измеритель напряжения подключен к усилителю (U1B).Задача усилителя — усилить напряжение на резисторе 0,1 Ом до читаемого уровня для дешевого светодиодного цифрового дисплея. D1 используется для предотвращения скачков ЭДС, которые могут быть созданы нагрузкой из-за повреждения транзистора Q3. Транзистор Q3 должен быть в корпусе TO-3 с некоторой формой отвода тепла для токов более 100 мА и должен иметь как радиатор, так и дополнительный вентилятор для тока выше 1 А.

Основной источник постоянного тока на полевых МОП-транзисторах

Узнайте о простой версии схемы, которая необходима при разработке аналоговых интегральных схем.

Дополнительная информация

Что такое неуловимый источник тока?

Источники постоянного тока занимают видное место в упражнениях по анализу цепей и сетевых теоремах, затем они, кажется, более или менее исчезают. . . если вы не дизайнер интегральных схем. Хотя они редко встречаются в типовой конструкции печатных плат, источники тока повсеместны в мире аналоговых ИС. Это потому, что они используются 1) для смещения и 2) в качестве активных нагрузок.

Смещение: Транзисторы, работающие как линейные усилители, должны быть смещены таким образом, чтобы они работали в желаемой части своей передаточной характеристики.Наилучший способ сделать это в контексте конструкции ИС — заставить заданный ток течь через сток транзистора (для полевых МОП-транзисторов) или коллектор (для биполярных транзисторов). Этот заданный ток должен быть стабильным и независимым от напряжения на компоненте источника тока. Конечно, ни одна реальная схема никогда не будет идеально стабильной или совершенно невосприимчивой к изменениям напряжения, но, как это обычно бывает в инженерии, совершенство не совсем необходимо.
Активные нагрузки: В схемах усилителя источники тока могут использоваться вместо резисторов коллектор / сток.Эти «активные нагрузки» обеспечивают более высокий коэффициент усиления по напряжению и позволяют схеме правильно работать при более низком напряжении питания. Кроме того, технология производства ИС отдает предпочтение транзисторам, а не резисторам.

В этой статье я буду называть выходной сигнал источника тока «током смещения» или I _BIAS, потому что я считаю, что приложение смещения является более простым средством для размышлений об основных функциях этой схемы.

Схема источника постоянного тока на полевом МОП-транзисторе

Вот основной источник постоянного тока MOSFET:

На мой взгляд, он на удивление прост — два NMOS-транзистора и резистор.Давайте посмотрим, как работает эта схема.

Как видите, сток Q ₁ закорочен на его затвор. Это означает, что V _G = V _D, и, следовательно, V _GD = 0 В. Итак, находится ли Q ₁ в отсечке, в области триода или в области насыщения? Он не может быть отключен, потому что, если бы через канал не протекал ток, напряжение затвора было бы на уровне V _DD, и, таким образом, V _GS было бы больше, чем пороговое напряжение V _TH (мы можем безопасно предположим, что V _DD выше, чем V _TH).Это означает, что Q ₁ всегда будет в насыщении (также называемом «активным» режимом), потому что V _GD = 0 В, и один из способов выразить условие насыщения MOSFET состоит в том, что V _GD должен быть меньше чем V _TH.

Если мы вспомним, что в затвор полевого МОП-транзистора не течет установившийся ток, мы увидим, что опорный ток I _REF будет таким же, как ток стока Q ₁. Мы можем настроить этот эталонный ток, выбрав соответствующее значение для R _SET.2 \]

На этом этапе мы игнорируем модуляцию длины канала; следовательно, как показано уравнением, на ток стока не влияет напряжение сток-исток. Теперь обратите внимание, что оба полевых транзистора имеют свои источники, связанные с землей, а их затворы закорочены вместе — другими словами, оба имеют одинаковое напряжение затвор-исток. Таким образом, если предположить, что оба устройства имеют одинаковые размеры каналов, их токи стока будут равны, , независимо от напряжения на стоке Q ₂ .Это напряжение обозначено как V _CS, что означает напряжение на компоненте c urrent- s usce; это помогает напомнить нам, что Q ₂, как и любой другой источник тока с хорошим поведением, генерирует ток смещения, на который не влияет напряжение на его выводах. Другими словами, Q ₂ имеет бесконечное выходное сопротивление:

В этих условиях ток никогда не протекает через выходное сопротивление R _O, даже если V _CS очень велико.Это означает, что ток смещения всегда точно равен опорному току.

Распространенное название этой схемы — «текущее зеркало». Вы, вероятно, можете понять, почему — ток, генерируемый зеркалами правого транзистора (то есть аналогичен) опорному току, протекающему через левый транзистор. И это имя особенно уместно, если учесть визуальную симметрию, демонстрируемую типичным схематическим изображением.

Кстати, старые ИС часто требовали внешнего резистора для R _SET.Однако в настоящее время производители используют резисторы на кристалле, которые были подрезаны для достижения необходимой точности.

Важность насыщения транзистора

Первым серьезным препятствием для идеализированного анализа этой схемы является тот факт, что все разваливается, когда транзистор не находится в состоянии насыщения. Если Q ₂ находится в триодной (AKA линейной) области, ток стока будет сильно зависеть от V _DS. Другими словами, у нас больше нет источника тока, потому что на ток смещения влияет V _CS.Мы знаем, что напряжение затвор-сток Q ₂ должно быть меньше порогового напряжения для поддержания насыщения.

Другими словами, Q ₂ выйдет из области насыщения, когда напряжение стока станет ниже V _TH вольт, чем напряжение затвора. Мы не можем указать это точное число, потому что и напряжение затвора, и пороговое напряжение будут варьироваться от одной реализации к другой.

Разумным примером является следующий: напряжение затвора, необходимое для создания желаемого тока смещения, составляет около 0.9 В, а пороговое напряжение — 0,6 В; это означает, что мы можем поддерживать насыщение, пока V _CS остается выше ~ 0,3 В.

Длина канала модуляции

К сожалению, даже когда наша общая схема гарантирует, что Q ₂ всегда будет в насыщении, наш источник тока MOSFET не совсем идеален. Виной всему является модуляция длины канала.

Суть области насыщения — это «отсеченный» канал, который существует, когда напряжение затвор-сток не превышает пороговое напряжение.

Идея состоит в том, что ток стока становится независимым от V _DS после того, как канал перекрывается, потому что дальнейшее увеличение напряжения стока не влияет на форму канала. В действительности, однако, увеличение V _DS заставляет «точку отсечки» перемещаться к истоку, и это позволяет напряжению стока оказывать небольшое влияние на ток стока, даже когда полевой транзистор находится в состоянии насыщения. Результат можно представить так:

I _BIAS теперь является суммой I _REF (определяется R _SET) и I _ERROR (ток, протекающий через выходное сопротивление).I _ERROR подчиняется простой зависимости закона Ома: более высокое V _CS означает большее значение I _ERROR и, следовательно, большее значение I _BIAS, и, таким образом, источник тока больше не зависит от напряжения на его выводах.

Регулировка и рулевое управление

Эта удобная схема источника тока становится еще лучше, если вы понимаете, насколько она гибкая. Сначала давайте посмотрим на регулировку тока, генерируемого Q ₂. До сих пор мы предполагали, что генерируемый ток такой же, как эталонный, но это верно только тогда, когда транзисторы имеют одинаковое отношение ширины канала к длине канала.2 \]

Ток стока прямо пропорционален отношению ширины к длине, поэтому мы можем увеличить или уменьшить I _BIAS, просто сделав отношение W / L Q ₂ выше или ниже, чем у Q ₁ . Например, если мы хотим, чтобы ток смещения был в два раза больше, чем эталонный ток, все, что нам нужно сделать, это сохранить длину канала одинаковой и увеличить ширину канала Q ₂ в два раза. (Это может показаться не таким простым, если вы привыкли работать с дискретными полевыми транзисторами, но указание размеров канала является стандартной практикой при проектировании ИС.)

Также довольно просто использовать эту схему для «текущего рулевого управления». Следующая диаграмма иллюстрирует концепцию управления током:

Эта продуманная конструкция позволяет нам генерировать несколько токов смещения из одного эталонного тока. Более того, каждый из этих токов может быть различным — их можно индивидуально изменять, просто регулируя отношение ширины к длине.

Заключение

Мы рассмотрели работу и возможности основного источника постоянного тока MOSFET, а также обсудили ограничения.Как следует из прилагательного «базовый», существуют схемы получше. Но базовая схема — хорошее место для начала, потому что двухтранзисторное токовое зеркало остается концептуальным ядром топологий с более высокими характеристиками.

Источник постоянного тока / нагрузка (LM317) | Параноидальный тролль

Примечание: статья обновлена в феврале 2014 г., чтобы исправить фундаментальную ошибку в расчетах и обновить примечания по применению более реалистичными данными.

Источник тока является двойным источником напряжения — он выдает постоянный ток независимо от напряжения.Хотя в качестве источника грубого тока можно использовать резистор, потребляемый ток будет изменяться в зависимости от напряжения. (Закон Ома гласит, что I = V / R. Сопротивление постоянно, поэтому, если напряжение увеличивается, ток также увеличивается. То же самое относится и к уменьшению).

Этот проект основан на обычном регуляторе LM317T, который используется в качестве регулятора тока. Схема идеальна для управления светодиодными матрицами, лазерными диодами или любой другой схемой, требующей постоянного тока. В качестве альтернативы его можно также использовать в качестве электронной фиктивной нагрузки для тестирования небольших источников питания при относительно низких уровнях тока.Предлагаемые приложения и все расчеты описаны в этой статье.

Это обычные детали, которые должны быть доступны по цене <8 долларов США в любом хорошем магазине электронных компонентов.

Резистор

Кол-во	Часть	Комментарии
1	LM317T	«Т» означает ТО-220. Подходят и другие пакеты.
1	Конденсатор 0,1 мкФ (100 нФ)	MKT или керамический диск
1	Конденсатор 47 мкФ	Электролитический — напряжение зависит от приложения
1	ИЛИ Подстроечный резистор	См. Примечания по применению
1	Радиатор	Размер зависит от силы тока, см. Артикул

Совет: выводы фактического регулятора могут не совпадать с выводами на схеме.Часто их переставляют для облегчения понимания! В этом случае клеммы LM317T (если смотреть прямо) на самом деле являются Adj, Out и In, несмотря на то, что на принципиальной схеме обозначены как In, Adj и Out.

Основным элементом этой схемы является стабилизатор напряжения LM317T. Это универсальный компонент, способный обеспечить ток 1,5 А + даже при повышенных температурах, он очень стабилен, имеет встроенное ограничение тока, безопасную рабочую зону и отключение при перегреве. Резистор R1 включен последовательно с выходной клеммой LM317.Клемма регулировки LM317 подключена параллельно к R1. Во время нормальной работы ИС будет поддерживать напряжение на клемме регулировки на уровне 1,25 В, поэтому напряжение на R1, в свою очередь, составляет 1,25 В. При изменении тока падение напряжения на R1 обычно увеличивается или уменьшается, но LM317 быстро регулирует выходное напряжение для компенсации, поддерживая падение напряжения на R1 на постоянном уровне 1,25 В. Выбирая значение R1, мы можем воспользоваться этим поведением, чтобы установить «предел» тока, подаваемого регулятором.Используя закон Ома:

R = Vref / I

, где R — сопротивление в омах, Vref — опорное напряжение на регулировочном штыре (1,25 В), а I — ток в амперах. Поскольку R1 подключен последовательно с выходом регулятора, он будет рассеивать часть электрической энергии в виде тепла. Помимо выбора номинала резистора, мы также должны выбрать подходящую номинальную мощность, чтобы избежать его перегорания. Для расчета рассеиваемой мощности:

P = Vref * I

, где P — мощность в ваттах, Vref — 1.25 В (как упоминалось ранее), а I — это ранее выбранный ток. Резисторы бывают стандартной номинальной мощности (0,125 Вт, 0,25 Вт, 0,5 Вт, 1 Вт, 2 Вт, 5 Вт), поэтому выберите резистор с номинальной мощностью выше, чем расчетная мощность. Оставьте запас прочности, поэтому, если ваша расчетная мощность составляет 0,48 Вт, подумайте о том, чтобы выбрать резистор 1 Вт вместо резистора 0,5 Вт. LM317 имеет падение напряжения от ~ 1,5 В до 2,5 В, в зависимости от подаваемого тока и температуры. Это означает, что выходное напряжение всегда будет ниже входного, поэтому вам необходимо, чтобы напряжение питания было выше целевого выходного напряжения.Предполагая наихудший сценарий, мы используем в расчетах цифру 2,5 В. Расчет мощности, потраченной впустую (и, в свою очередь, выделяемого тепла) регулятором, немного сложнее, чем расчет для простого резистора.

P = (Vin — Vf) * I

где P — мощность в ваттах, Vin — входное напряжение, Vref — 1,25 В, Vf — падение напряжения на подключенной нагрузке, а I — ток в амперах. В зависимости от подаваемого тока вам может потребоваться радиатор для отвода выделяемого тепла, в противном случае LM317 автоматически отключится, чтобы защитить себя от перегрева.Конденсатор 0,1 мкФ включен для обхода входа, а конденсатор 47 мкФ подключен параллельно к выходу для обеспечения стабильности регулятора. Проще говоря, они улучшают работу схемы. Можно полностью отказаться от конденсаторов (особенно, если вы интегрируете эту схему в другой проект), но это помогает предотвратить любые проблемы, которые могут возникнуть.

К этой схеме применяются некоторые практические ограничения, влияющие на допустимый выходной ток и выбор номинала резистора.LM317 имеет минимальный рабочий ток 10 мА и гарантированный минимальный выходной ток 1,5 А. В результате выбираемое сопротивление резистора должно составлять от 0,83 Ом до 125 Ом. Если сопротивление R1 меньше 0,83 Ом, будет получен ток более 1,5 А, и LM317 начнет приближаться к пределу безопасной работы. Если R1 больше 125 Ом, регулятор может не регулировать ток.

Максимальный ток R1 должен рассеяться, когда LM317 доведен до предела (~ 2.0A) составляет 2,5 Вт. Если ожидается, что ваш источник тока будет периодически работать при 1,5 А +, в течение продолжительных периодов времени выше 1,2 А или ваша цепь работает при повышенной температуре (например, в герметичном корпусе), рассмотрите возможность использования резистора 5 Вт для обеспечения долговременной надежности. Если вы используете резистор мощностью 1 или 2 Вт, установите его над печатной платой так, чтобы под ним оставался зазор 1-2 мм для воздушного потока.

Хотя LM317 может работать при постоянной температуре до 125 ° C, срок его службы сокращается, и он становится источником ожога или возгорания для всего, что может с ним соприкоснуться.Рекомендуется установить радиатор для охлаждения. Согласно паспорту производителя, LM317 имеет тепловое сопротивление перехода к окружающей среде 50 ° C / Вт и тепловое сопротивление перехода к корпусу 4 ° C / Вт. Это означает, что на каждый 1 Вт мощности, которую необходимо рассеять, ИС поднимается на 50 ° C выше температуры окружающей среды (обычно на 25 ° C). В типичной схеме, где источник тока может управлять массивом из 20+ светодиодов, нетипично генерировать до 3 Вт тепла.Температура, которую LM317 будет достигать на открытом воздухе во время работы, рассчитывается следующим образом:

Рабочая температура = Температура окружающей среды + Мощность * Тепловое сопротивление перехода к окружающей среде

Рабочая температура = 25 ° C + 3 * 50

Рабочая температура = 175 ° C!

Очевидно, что регулятор отключился бы задолго до достижения 175 ° C, но это показывает, что для правильной работы требуется радиатор. Радиатор такого маленького размера, как показанный выше, будет более чем достаточным, поскольку он имеет тепловое сопротивление 12 ° C / Вт.

Рабочая температура = Температура окружающей среды + Мощность * (Тепловое сопротивление перехода к корпусу + Тепловое сопротивление корпуса к радиатору + Тепловое сопротивление радиатора)

Тепловое сопротивление корпуса радиатора в значительной степени зависит от того, как установлен LM317. Устройства TO-220, которые устанавливаются непосредственно на радиатор с правильным давлением и термопастой хорошего качества, имеют тепловое сопротивление ~ 0,5 ° C / Вт. Пакеты ТО-220, монтируемые напрямую без какой-либо смазки, обычно составляют ~ 1-1.5 ° C / Вт. Мы будем использовать 1 ° C / Вт в качестве консервативной оценки для правильно установленного устройства:

Рабочая температура = 25 ° C + 3 * (4 + 1 + 12)

Рабочая температура = 76 ° C

Это гораздо более разумная рабочая температура. Чтобы свести к минимуму потери мощности (и, следовательно, выделяемое тепло), поддерживайте напряжение питания как можно более низким, чтобы поддерживать желаемую мощность. например, при управлении светодиодной матрицей с прямым напряжением 5,2 В при 160 мА, учитывая максимальное падение напряжения регулятора (2.5 В), идеальное входное напряжение составляет 9 В, для чего потребуется всего 0,61 Вт. Если та же схема была запитана от источника 15 В, более 1,57 Вт мощности было бы потрачено впустую в качестве тепла в процессе регулирования.

Внимание! Металлический язычок LM317 подсоединен к выходному выводу, поэтому при подаче питания на схему радиатор может стать «под напряжением», если он подсоединен непосредственно к регулятору. Доступны специальные изоляционные комплекты, состоящие из нейлоновых винтов, гаек и шайб, а также непроводящих изоляционных прокладок из силиконовой резины или слюды для электрической изоляции регулятора от радиатора.Не забудьте учесть тепловое сопротивление изоляционного комплекта при расчетах радиатора!

.

Пример схемы 1 — Управление светодиодной матрицей (или лазерный диод)

У вас есть 2 светодиода высокой яркости, которые вы хотите запитать от автомобильного аккумулятора 12 В и использовать в качестве лампы. Образец таблицы данных включен справа для справки. Самый эффективный способ питания светодиодов — это их последовательное подключение к выходу источника тока (см. Схему).Это означает, что прямое напряжение удваивается до 7,3 В, но типичный рабочий ток остается неизменным и составляет 440 мА. Используя приведенные выше формулы, мы сначала вычисляем значение R1, а затем требуемую мощность:

R = 1,25 В / 0,44 A = 2,841 Ом

P = 1,25 В * 0,44 A = 0,55 Вт

В наличии нет резисторов с точным номиналом 2,841 Ом, поэтому у нас есть 2 варианта:

Используйте следующее ближайшее значение, резистор 2,7 Ом, дающий нам 463 мА тока
Используйте 1 Ом и 1.Последовательный резистор 8 Ом, примерно 2,841 Ом

Любое решение приемлемо, так как небольшое отклонение тока от идеального 440 мА незначительно, и все же в пределах пика 500 мА светодиоды смогут справиться. Поскольку расчетная мощность составляет 0,58 Вт или 0,56 Вт (в зависимости от того, какой вариант резистора вы выбрали), это превышает пороговое значение 0,5 Вт, поэтому следующий лучший выбор — резистор 1 Вт. Затем мы рассчитываем мощность, рассеиваемую LM317, чтобы определить, нужен ли нам внешний радиатор, и если да, то какого размера.Предполагая, что мы используем резистор 2,7 Ом и LM317 находится на открытом воздухе:

P = (12 В — 7,3 В) * 0,463 A = 2,176 Вт

Рабочая температура = 25 ° C + (50 * 2,176) = 133,8 ° C

Для схемы потребуется радиатор, поскольку температура 133,8 ° C превышает рабочий диапазон LM317. Радиатор с тепловым сопротивлением 21 ° C / Вт снизит рабочую температуру до 79 ° C. Однако, если он будет использоваться на открытом воздухе на солнце или в корпусе без вентиляции, рассмотрите возможность установки радиатора с тепловым сопротивлением 16 ° C / Вт или ниже, чтобы компенсировать повышенную температуру окружающей среды.Если LM317 используется внутри металлического корпуса, достаточно просто прикрепить LM317 к одной из стенок или крышке; если корпус пластиковый и герметичный, обеспечьте достаточную вентиляцию, вырезав вентиляционные отверстия. Помните, что металлический язычок регулятора подключен к Vout, поэтому обязательно используйте изоляционный комплект.

Та же концепция может также использоваться для управления лазерным диодом или любой схемой, требующей источника тока. Выясните необходимое рабочее напряжение и типичный прямой ток и замените указанные выше значения.

Пример схемы 2 — Электронная фиктивная нагрузка источника питания

Существуют более эффективные и точные способы электронной загрузки источника питания, но использование этой схемы дешево, просто и хорошо работает для более низких токов.

Зачем вам нужна искусственная переменная нагрузка на источник питания? Размещение нагрузки на источник питания — это полезный тест, который позволяет вам проверить его производительность и измерить такие факторы, как пульсации, минимальное и максимальное напряжение, повышение температуры и тестирование систем защиты, таких как плавкие предохранители, отключение от перегрузки по току и короткого замыкания.Подобно источнику тока на основе резистора и светодиоду, реостат (переменный резистор большой мощности) или нагревательный элемент, подключенный к источнику питания, потребляет ток, который зависит от выходного напряжения. Схема источника тока может быть легко адаптирована, чтобы позволить нам потреблять фиксированный ток независимо от выходного напряжения источника питания. Конечно, при желании мы можем также изменять потребляемый ток.

Чтобы подключить источник питания к фиксированной нагрузке, просто закоротите выход резистора непосредственно на массу / минус.Это означает, что «прямое напряжение» теперь фактически равно 0 В, а «типичный рабочий ток» — это величина тока, которую вы хотите получить от источника питания. В показанном примере схемы (справа) при подключении к источнику питания схема потребляет нагрузку 500 мА. Придется использовать резистор мощностью 1 Вт, а поскольку регулятор рассеивает большую часть мощности, потребуется значительный радиатор.

Мы можем изменять потребляемый ток (потребляемый от источника питания), заменяя R1 переменным резистором.Однако это становится проблематичным, как показано на следующих графиках (щелкните, чтобы увеличить):

Сопротивление, необходимое для изменения тока от 10 мА до полных 1,5 А, не является линейным (график 2). Изменение сопротивления, требуемого при больших токах, незначительно. Однако мощность, рассеиваемая резистором, линейно зависит от тока, потребляемого LM317. Это представляет проблему, так как большинство поворотных потенциометров 9, 16 и 24 мм ограничены максимальной мощностью 0,5 Вт, что ограничивает ток, потребляемый схемой, на уровне ~ 400 мА до возгорания.Горизонтальные и вертикальные подстроечные резисторы хуже, так как они могут рассеивать только 0,1 Вт, что примерно соответствует ~ 75 мА. Кроме того, у вас возникнут большие трудности с изменением потребляемого тока, поскольку почти 80% текущего диапазона регулируется с использованием последних 1-2 градусов вращения.

Есть несколько решений этой проблемы:

Используйте многооборотный прецизионный подстроечный потенциометр на 15-25 оборотов, тип «3006P по горизонтали». В отличие от обычных потенциометров, которые обычно начинаются с 1 кОм, они доступны со значениями сопротивления 50 Ом, и каждый оборот на 360 градусов соответствует 2 Ом, что позволяет более точно регулировать сопротивление.Они доступны с номинальной мощностью не более 0,75 Вт, что ограничивает потребляемый ток до 600 мА. Это может быть приемлемо, если вам не требуется большой ток.
Используйте мощный потенциометр с проволочной обмоткой. Они доступны только с очень низким сопротивлением, обычно 5 Ом, но могут выдерживать до 15 Вт мощности. При общем угле поворота 300 * это позволяет регулировать 0,017 Ом / градус. Низкое сопротивление (5 Ом) означает, что минимальный потребляемый ток составляет 250 мА, но вы можете потреблять полный ток 1.5А + без перегорания резистора.
Если вам посчастливилось иметь или встретить прецизионные лабораторные реостаты, их также можно использовать для достижения аналогичного эффекта.

Лист данных производителя (LM317)

R1 — Таблица тока, сопротивления и рассеиваемой мощности (2462 загрузок)

Как сделать источник постоянного тока

Понимание конкретных схемных решений основано на раскрытии лежащих в их основе основных идей. Итак, давайте посмотрим, в чем заключаются эти идеи…

Для выработки тока по закону Ома I = V / R нам нужны только напряжение и сопротивление. Итак, если бы нагрузка была чисто резистивной, нам понадобился бы только источник напряжения для выработки тока. Изменяя напряжение, мы можем установить желаемую величину тока.

Но если нагрузка ведет себя как источник напряжения (например, аккумуляторная батарея, конденсатор, стабилитрон, короткое замыкание, отрицательный резистор и т. Д.), Нам необходимо дополнительное сопротивление последовательно для установки (ограничения) тока. Таким образом, в общем случае источник тока состоит из двух последовательно соединенных элементов — источника напряжения с напряжением V и резистора с сопротивлением Ri… и он подключен к нагрузке с напряжением VL и сопротивлением RL. Эти четыре элемента соединены по кругу, и каждый из них влияет на величину тока, определяемую соотношением полного напряжения Vt и сопротивления Rt; I = Vt / Rt = (V ± VL) / (Ri ± RL). В этой схеме источник входного напряжения пытается установить ток своим напряжением V и сопротивлением Ri, в то время как нагрузка мешает ему своим напряжением VL и сопротивлением RL. И источник, и нагрузка влияют на общий ток, и проблема состоит в том, чтобы исключить влияние нагрузки на ток.

Самый простой способ (типичный для электрических цепей) — значительно увеличить как напряжение, так и сопротивление входного источника (это хорошо известное определение идеального источника тока из учебников по электротехнике). Они высокие, но постоянные (статические) … и в этом беда. Таким образом, напряжение и сопротивление нагрузки становятся незначительными по сравнению с входным источником. Понятно, что создание хорошего источника тока таким образом связано с большими потерями мощности в сопротивлении.

Более умный способ (типичный для электронных схем) — это изменять напряжение или сопротивление источника. Они динамичные, но низкие … поэтому потери мощности низкие … и это прибыль. У нас есть иллюзия чрезвычайно высокого (дифференциального) сопротивления, но фактическое (статическое) сопротивление низкое. Посмотрим, как эта идея реализуется на практике …

Хитрость в том, что , когда нагрузка увеличивает / уменьшает свое напряжение или сопротивление, источник уменьшает / увеличивает свое напряжение или сопротивление с тем же значением ; так что ток не меняется.

Эту компенсацию можно выполнить без какой-либо отрицательной обратной связи с помощью следующего источника напряжения (так называемая «самозагрузка») или резистора для стабилизации тока (реализуемого BJT или полевым транзистором с постоянным входным напряжением).

Один из вариантов этого метода состоит в том, чтобы вместо изменения самого напряжения источника добавить дополнительное напряжение последовательно к постоянному напряжению источника , таким образом компенсируя влияние нагрузки. Эта идея реализована, например, в инвертирующем источнике тока операционного усилителя.

Еще одна более экстравагантная идея — это для подачи дополнительного тока в нагрузку путем подключения дополнительного источника тока параллельно основному входному источнику . Это реализовано в текущем источнике Howland.

Вы можете больше узнать об этих методах в моих рассказах о схемах об источниках постоянного тока.

В заключение, сила этого подхода заключается в том, что, зная основные идеи, мы можем объяснить и реализовать конкретные конфигурации схем из прошлого, настоящего и будущего (реализованные лампами, BJT, полевыми транзисторами, операционными усилителями и т. Д.))

Что такое источник постоянного тока и как он работает

Основные виды источников постоянного тока

1. Гальванические элементы и аккумуляторы

2. Солнечные батареи

3. Термоэлектрические генераторы

4. Генераторы постоянного тока

5. Выпрямители

Применение источников постоянного тока в промышленности

Бытовое применение источников постоянного тока

Преимущества и недостатки источников постоянного тока

Преимущества:

Недостатки:

Как выбрать подходящий источник постоянного тока

Перспективы развития источников постоянного тока

Источник питания постоянного тока | ATE-M.BY

Минимальная дискретность установки выходных параметров

СТАТИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО ТОКА СИПТ-5

0373100056016000626 Источник переменного напряжения; Источник постоянного тока

HAMEG HMP4040 — Источник питания постоянного тока (0-32В; 0-10А, 4 канала)

Источник тока: типы, принцип работы, особенности

Отличие реального источника от идеального

Работа источника тока

Требования к факторам питания

Как практики получают ток заданной формы

Отличительные особенности

Постоянный ток

История

Источники постоянного тока

Применение

Влияние на организм человека

Источник постоянного тока LICON 60Вт/100Вт/DIN-12B

Источник постоянного тока — 60 или 100 Вт (DIN-12B), подготовленный для установки на рейку DIN

Пример расчета проектной мощности источника прямого напряжения

»Электроника

Что такое источник постоянного тока

Применения активного источника тока

Схема простого резисторного источника тока

Основы транзисторного активного источника постоянного тока

Схема простого стабилизированного активного источника тока

Температурная зависимость активного источника тока

Цепи активного источника тока с хорошей температурной стабильностью

LM334 Учебное пособие по схемам постоянного тока

Другие схемы и теория CCS

Видео на YouTube

Другие схемы

Источник постоянного тока на полевом транзисторе

Смещение N-канального JFET

Выходная характеристика N-канального JFET

JFET как источник постоянного тока

Смещение нулевого напряжения JFET

Кривая передачи JFET

Отрицательное смещение полевого транзистора JFET

Уравнение тока утечки JFET

Пример №1 источника постоянного тока на полевом транзисторе

Источник тока JFET

Источник тока JFET

Уравнение напряжения затвора на полевом транзисторе JFET

Уравнение истокового резистора с полевым транзистором JFET

Пример №2 источника постоянного тока на полевом транзисторе

Пример источника постоянного тока на полевом транзисторе №3

Регулируемый источник постоянного тока с полевым транзистором

Сводка по источнику постоянного тока на полевом транзисторе

Как сделать схему источника постоянного тока | Custom

Основной источник постоянного тока на полевых МОП-транзисторах

Дополнительная информация

Что такое неуловимый источник тока?

Схема источника постоянного тока на полевом МОП-транзисторе

Важность насыщения транзистора

Длина канала модуляции

Регулировка и рулевое управление

Заключение

Источник постоянного тока / нагрузка (LM317) | Параноидальный тролль

.

Как сделать источник постоянного тока

Похожие записи

Особенности питания кормящей мамы: что можно и нельзя есть при грудном вскармливании

Новорожденный какает слизью: причины появления слизи в кале грудничка

Гемангиома у новорожденных: причины, виды, лечение и профилактика

Добавить комментарий Отменить ответ