Источник тока схема. Источник тока на транзисторе: принцип работы, схемы и применение

Как работает источник тока на транзисторе. Какие бывают схемы источников тока. Для чего используются источники тока в электронике. Как рассчитать параметры источника тока на транзисторе.

Принцип работы источника тока на транзисторе

Источник тока на транзисторе — это электронная схема, которая обеспечивает постоянный ток через нагрузку независимо от ее сопротивления. Основной принцип работы такого источника заключается в использовании свойств транзистора работать в активном режиме.

Как работает простейший источник тока на биполярном транзисторе:

• На базу транзистора подается фиксированное напряжение смещения
• Это создает постоянный ток базы
• Коллекторный ток пропорционален току базы с коэффициентом усиления транзистора
• При изменении сопротивления нагрузки напряжение на коллекторе меняется, но ток остается практически постоянным

Таким образом, транзистор выступает в роли преобразователя напряжения в ток. Чем выше коэффициент усиления транзистора, тем стабильнее будет выходной ток.

Основные схемы источников тока на транзисторах

Существует несколько базовых схем источников тока на транзисторах:

Простой источник тока на биполярном транзисторе

Это самая простая схема, состоящая из одного транзистора и резистора в цепи базы. Основной недостаток — сильная зависимость тока от температуры и напряжения питания.

Источник тока с эмиттерной стабилизацией

В эту схему добавлен резистор в цепь эмиттера, что улучшает стабильность тока за счет отрицательной обратной связи.

Токовое зеркало

Схема на двух согласованных транзисторах, обеспечивающая лучшую температурную стабильность. Один транзистор задает опорный ток, второй его копирует.

Источник тока Уилсона

Усовершенствованная схема токового зеркала с дополнительным транзистором, компенсирующим эффект Эрли. Обеспечивает высокую стабильность тока.

Применение источников тока в электронике

Источники тока на транзисторах широко используются в различных электронных устройствах:

• В схемах смещения и питания транзисторных каскадов
• Для зарядки аккумуляторов постоянным током
• В схемах питания светодиодов
• В измерительных приборах
• В аналоговых вычислительных схемах
• В источниках опорного тока интегральных микросхем

Основное преимущество источников тока — возможность задать фиксированный ток через нагрузку независимо от ее сопротивления.

Расчет параметров источника тока на транзисторе

При проектировании источника тока на транзисторе необходимо рассчитать следующие основные параметры:

1. Требуемый выходной ток
2. Напряжение питания схемы
3. Максимальное сопротивление нагрузки
4. Коэффициент усиления используемого транзистора
5. Номиналы резисторов в цепях базы и эмиттера

Основная формула для расчета тока простого источника:

I = (Uпит — Uбэ) / R

где I — выходной ток, Uпит — напряжение питания, Uбэ — падение напряжения база-эмиттер транзистора (обычно 0.6-0.7 В), R — сопротивление в цепи эмиттера.

Преимущества и недостатки источников тока на транзисторах

Источники тока на дискретных транзисторах имеют ряд достоинств и ограничений:

Преимущества:

• Простота схемотехники
• Низкая стоимость элементной базы
• Возможность работы при высоких напряжениях и токах
• Хорошая температурная стабильность в сложных схемах

Недостатки:

• Зависимость параметров от характеристик конкретных транзисторов
• Сложность получения очень малых токов
• Относительно низкое выходное сопротивление
• Необходимость подбора элементов для повышения точности

Несмотря на ограничения, источники тока на транзисторах остаются востребованными во многих практических приложениях электроники.

Сравнение источников тока на биполярных и полевых транзисторах

Источники тока могут быть реализованы как на биполярных, так и на полевых транзисторах. Каждый тип имеет свои особенности:

Источники тока на биполярных транзисторах:

• Более стабильны при изменении температуры
• Имеют меньший разброс параметров
• Способны обеспечить большие токи
• Требуют меньшего напряжения питания

Источники тока на полевых транзисторах:

• Имеют очень высокое входное сопротивление
• Потребляют меньший ток управления
• Проще в схемотехнической реализации
• Лучше работают на высоких частотах

Выбор типа транзистора зависит от конкретного применения и требований к параметрам источника тока.

Методы улучшения характеристик источников тока

Для повышения стабильности и точности источников тока на транзисторах применяются различные методы:

• Использование отрицательной обратной связи
• Термокомпенсация с помощью дополнительных элементов
• Применение составных транзисторов
• Использование операционных усилителей для управления током
• Стабилизация напряжения питания

Эти методы позволяют значительно улучшить характеристики источников тока и расширить область их применения.

2.06. Транзисторный источник тока

ГЛАВА 2. ТРАНЗИСТОРЫ

НЕКОТОРЫЕ ОСНОВНЫЕ ТРАНЗИСТОРНЫЕ СХЕМЫ

Подразделы: 2.02 2.03 2.04 2.05 2.06 2.07 2.08 2.09

Хотя источники тока не столь известны, они не менее полезны и важны, чем источники напряжения. Источники тока представляют собой прекрасное средство для обеспечения смещения транзисторов, и кроме того, незаменимы в качестве активной нагрузки для усилительных каскадов с большим коэффициентом усиления и в качестве источников питания эмиттеров для дифференциальных усилителей. Источники тока необходимы для работы таких устройств, как интеграторы, генераторы пилообразного напряжения. В схемах усилителей и стабилизаторов они обеспечивают широкий диапазон напряжений. И наконец, источники постоянного тока требуются в некоторых областях, не имеющих прямого отношения к электронике, например в электрохимии, электрофорезе.

Рис. 2.20.

Подключение резистора к источнику напряжения. Схема простейшего источника тока показана на рис. 2.20. При условии что R_н » R (иными словами, U_н » U), ток сохраняет почти постоянное значение и равен приблизительно I = U/R. Если нагрузкой является конденсатор, то, при условии что U_конд » U, он заряжается с почти постоянной скоростью, определяемой начальным участком экспоненты, характерной для данной RC-цепи.

Простейшему резистивному источнику тока присущи существенные недостатки. Для того чтобы получить хорошее приближение к источнику тока, следует использовать большие напряжения, а при этом на резисторе рассеивается большая мощность. Кроме того, током этого источника трудно управлять в широком диапазоне с помощью напряжения, формируемого где-либо в другом узле схемы.

Упражнение 2.6. Допустим, нам нужен источник тока который бы обеспечивал точность 1% в диапазоне изменения напряжения на нагрузке от 0 до +10 В. Какой источник напряжения нужно подключить последовательно к резистору?

Упражнение 2.7. Допустим, что в предыдущем упражнении требуется получить от источника ток 10 мА. Какая мощность будет рассеиваться на резисторе? Какая мощность передается нагрузке?

Рис. 2.21. Транзисторный источник тока: основная идея.

Какая мощность передается нагрузке? Транзисторный источник тока. Очень хороший источник тока можно построить на основе транзистора (рис. 2.21). Работает он следующим образом: напряжение на базе U_б > 0,6 В поддерживает эмиттерный переход в открытом состоянии: U_э = U_б — 0,6 В. В связи с этим I_э = U_э/R_э = (U_э — 0,6/R_э. Так как для больших значений коэффициента h_21эI_э ≈ I_к, то I_к ≅ (U_б — 0,6 В)/R_э независимо от напряжения U_к до тех пор, пока транзистор не перейдет в режим насыщения (U_к > U_э + 0.2 В).

Смешение в источнике тока. Напряжение на базе можно сформировать несколькими способами. Хороший результат дает использование делителя напряжения, если он обеспечивает достаточно стабильное напряжение. Как и в предыдущих случаях, сопротивление делителя должно быть значительно меньше сопротивления схемы со стороны базы по постоянному току h_21эR_э. Можно воспользоваться также зенеровским диодом и использовать для смещения источник питания U_кк, а можно взять несколько диодов, смещенных в прямом направлении и соединенных последовательно, и подключить их между базой и соответствующим источником питания эмиттера. На рис. 2.22 показаны примеры схем смещения. В последнем примере (рис. 2.22,6) транзистор p-n-p — типа питает током заземленную нагрузку (он — источник тока). Остальные примеры (в которых используются транзисторы n-р-n — типа.) правильнее было бы называть «поглотителями» тока, но принято называть все схемы такого типа источниками тока. [Название «поглотитель» и «источник» связано с направлением тока; если ток поступает в какую-либо точку схемы, то это источник, и наоборот]. В первой схеме сопротивление делителя напряжения составляет приблизительно 1,3 кОм и очень мало по сравнению с сопротивлением со стороны базы, составляющим ≅100кОм (для h_21э = 100). Любое изменение коэффициента β, связанное с изменением напряжения на коллекторе, не повлияет существенным образом на выходной ток, так как соответствующее изменение напряжения на базе совсем мало. В двух других схемах резисторы в цепи смещения выбраны так, чтобы протекающий ток составлял несколько миллиампер, — этого достаточно, чтобы диоды были открыты.

Рабочий диапазон. Источник тока передает в нагрузку постоянный ток только до определенного конечного напряжения на нагрузке. В противном случае источник тока был бы способен генерировать бесконечную мощность. Диапазон выходного напряжения, в котором источник тока ведет себя как следует, называется рабочим диапазоном. Для рассмотренных только что транзисторных источников тока рабочий диапазон определяется из того, что транзистор должен находиться в активном режиме работы. Так, в первой схеме напряжение на коллекторе можно понижать до тех пор, пока не будет достигнут режим насыщения, т. е. до +12 В. Вторая схема, с более высоким напряжением на эмиттере, сохраняет свойства источника лишь до значения напряжения на коллекторе, равного приблизительно + 5,2 В.

Во всех случаях напряжение на коллекторе может изменяться от значения напряжения насыщения до значения напряжения питания. Например, последняя схема работает как источник тока в диапазоне напряжения на нагрузке, ограниченном значениями 0 и +8,6 В. Если в нагрузке используются батареи или собственные источники питания, то напряжение на коллекторе может быть больше, чем напряжение источника питания. При использовании такой схемы рекомендуется следить за тем. чтобы не возник пробой транзистора (напряжение U_кэ не должно превышать значение U_кэпроб — напряжение пробоя перехода коллектор-эмиттер) и не рассеивалась излишняя мощность (определяемая величиной произведения I_кU_кэ). В разд. 6.07 вы увидите, что для мощных транзисторов область безопасной работы определяется специально.

Упражнение 2.8. В схеме имеются два стабилизированных источника напряжения: +5 и 15 В. Разработайте схему источника тока на основе транзистора n-р-n — типа, которая бы обеспечивала ток +5 мА. В качестве источника напряжения для базы используйте источник +5 В. Чему равен рабочий диапазон в такой схеме?

В источнике тока напряжение на базе не обязательно должно быть фиксированным. Если предусмотреть возможность изменения напряжения U_б, то получим программируемый источник тока. Если выходной ток должен плавно отслеживать изменения входного напряжения, то размах входного сигнала u_вх (напоминаем, что строчными буквами мы договорились обозначать изменения) должен быть небольшим, таким, чтобы напряжение на эмиттере никогда не уменьшалось до нуля. В таком источнике тока изменение выходного тока будет пропорционально изменениям входного напряжения.

Недостатки источников тока. Как сильно отличается транзисторный источник тока от идеального? Иными словами, изменяется ли ток в нагрузке при изменении, скажем напряжения, т.е. имеет ли источник тока эквивалентное сопротивление конечной величины (R_экв

1. При заданном токе коллектора и напряжение U_бэ, и коэффициент h_21э (эффект Эрли) несколько изменяются при изменении напряжения коллектор-эмиттер. Изменение напряжения U_бэ, связанное с изменением напряжения на нагрузке, вызывает изменение выходного тока, так как напряжение на эмиттере (а следовательно, и эмиттерный ток) изменяется, даже если напряжение на базе фиксировано. Изменение значения коэффициента h_21э приводит к небольшим изменениям выходного (коллекторного) тока при фиксированном токе эмиттера, так как I_к = I_э — I_б; кроме того, немного изменяется напряжение на базе в связи с возможным изменением сопротивления источника смешения, обусловленного изменениями коэффициента h_21э (а следовательно, и тока базы). Эти изменения незначительны. Например, изменение выходного тока для схемы, представленной на рис. 2.22, a, составляет приблизительно 0,5% для транзистора типа 2N3565. В частности, при изменении напряжения на нагрузке от 0 до 8 В эффект Эрли обусловливает изменение тока на 0,5%, а нагрев транзистора — на 0,2%. Изменение коэффициента вносит дополнительный вклад в изменение выходного тока — 0,05% (для жесткого делителя напряжения). Все эти изменения приводят к тому, что источник тока работает хуже, чем идеальный: выходной ток немного зависит от напряжения и, следовательно, его сопротивление не бесконечно. В дальнейшем вы узнаете, что есть методы, которые позволяют преодолеть этот недостаток.

2. Напряжение U_бэ и коэффициент h_21э зависят от температуры. В связи с этим при изменении температуры окружающей среды возникает дрейф выходного тока. Кроме того, температура перехода изменяется при изменении напряжения на нагрузке (в связи с изменением мощности, рассеиваемой транзистором) и приводит к тому, что источник работает не как идеальный. Изменение напряжения и U_бэ в зависимости от температуры окружающей среды можно скомпенсировать с помощью схемы, показанной на рис. 2.23. В этой схеме падение напряжения между базой и эмиттером транзистора Т₂ компенсируется падением напряжения на эмиттерном переходе Т₁ который имеет такие же температурные характеристики. Резистор R₃ играет роль нагрузки для Т₁, необходимой для задания втекающего тока базы транзистора Т₂.

Рис. 2.23. Один из методов температурной компенсации источника тока.

Улучшение характеристик источника тока. Вообще говоря, изменение напряжения U_бэ, вызванное как влиянием температуры (относительное изменение составляет приблизительно -2 мВ/°С), так и зависимостью от напряжения U_бэ (эффект Эрли оценивается величиной ΔU_бэ ≈ -0,001 ΔU_кэ), можно свести к минимуму, если установить напряжение на эмиттере достаточно большим (по крайней мере 1 В), тогда изменение напряжения U_бэ на десятые доли милливольта не приведет к значительному изменению напряжения на эмиттерном резисторе (напомним, что схема поддерживает постоянное напряжение на базе). Например, если U_э = 0,1В (т. е. к базе приложено напряжение 0,7 В), то изменение напряжения U_бэ на 10 мВ вызывает изменение выходного тока на 10%, если же U_э = 1,0 В, то такое же изменение U_бэ вызывает изменение тока на 1%. Однако, не стоит заходить слишком далеко. Напомним, что нижняя граница рабочего диапазона определяется напряжением на эмиттере. Если в источнике тока, работающем от источника питания +10 В, напряжение на эмиттере сделать равным +5 В, то диапазон выхода будет равен немного менее 5 В (напряжение на коллекторе может изменяться от U_э + 0,2 В до U_кк, т. е. от 5,2 до 10 В).

Рис. 2.24. Каскодный источник тока, обладающий повышенной устойчивостью к изменениям напряжения на нагрузке.

На рис. 2.24 показана схема, которая существенно улучшает характеристики источника тока. Источник тока Т₁ работает, как и прежде, но напряжение на коллекторе фиксируется с помощью эмиттера Т₂. Ток, текущий в нагрузку, такой же, как и прежде, так как коллекторный (для Т₂) и эмиттерный токи приблизительно равны между собой (из-за большого значения h_21э). В этой схеме напряжение U_кэ (дая Т₁) не зависит от напряжения на нагрузке, а это значит, что устранены изменения напряжения U_бэ, обусловленные эффектом Эрли и температурой. Для транзисторов типа 2N3565 эта схема дает изменение тока на 0,1% при изменении напряжения на нагрузке от 0 до 8 В; для того чтобы схема обеспечивала указанную точность, следует использовать стабильные резисторы с допуском 1%. (Кстати, эту схему используют в высокочастотных усилителях, где она известна под названием «каскод»). В дальнейшем вы познакомитесь со схемами источников тока, в которых используются операционные усилители и обратная связь, и в которых также решена задача устранения влияния изменений U_бэ на выходной ток.

Влияние коэффициента h_21э можно ослабить, если выбрать транзистор с большим значением h_21э, тогда ток базы будет вносить незначительный вклад в ток эмиттера.

Рис. 2.25. Транзисторный источник тока с использованием напряжения U_бэ в качестве опорного.

На рис 2.25 показан еще один источник тока, в котором выходной ток не зависит от напряжения питания. В этой схеме напряжение U_бэ транзистора Т₁, падая на резисторе R₁, определяет выходной ток независимо от напряжения U_кк

U_вых = U_бэ/R2U₂.

С помощью резистора R₁ устанавливается смещение транзистора Т₂ и потенциал коллектора Т₁, причем этот потенциал меньше, чем напряжение U_кк, на удвоенную величину падения напряжения на переходе; тем самым уменьшается влияние эффекта Эрли. В этой схеме нет температурной компенсации; напряжение на R₂ уменьшается приблизительно на 2,1 мВ/°С и вызывает соответствующее изменение выходного тока 0,3%/°С).

Подразделы: 2.02 2.03 2.04 2.05 2.06 2.07 2.08 2.09

Модель Эберса-Молла для основных транзисторных схем

Источники тока на полевых и биполярных транзисторах

Схемы генераторов тока, разновидности токовых зеркал, Онлайн калькулятор расчёта элементов источников тока. На сегодняшнем мероприятии, посвящённом открытию «Культурно-досугового центра Лоховского муниципального образования», поговорим о разновидностях источников постоянного и, желательно, стабильного выходного тока. - Если напряжение можно понять умом, то ток только чувством! — начал свой доклад руководитель кружка по художественному рукоделию Семён Самсонович Елдыкин. - Целью нашего сегодняшнего радиолюбительского заседания является освоение упорядоченного движения свободных электрически заряженных частиц — как суммы знаний, физических умений и врождённых навыков. «Как заземлить незаземлённое заземление? Сколько нужно выпить водки в граммах для снижения сопротивление тела на 1 кОм? И как не вступить с электричеством в интимные отношения?» — станет темой нашего научного коллоквиума. Спасибо Семёну Самсоновичу за вводные слова, а нам пора переместиться поближе к обозначенной в заголовке теме. Напустим энциклопедического глубокомыслия: «Источник тока — элемент, двухполюсник, сила тока через который не зависит от напряжения на его зажимах (полюсах). Используются также термины генератор тока и идеальный источник тока. ..» — учит нас Википедия. Дополним редакцию. Источник тока должен иметь большое внутреннее дифференциальное сопротивление, такое чтобы при изменении сопротивления нагрузки сила тока в нагрузке практически не изменялась. Такую возможность нам предоставляет биполярный транзистор со стороны коллектора, полевик со стороны стока, либо операционник между инвертирующим входом и выходом. Есть несколько основных характеристик, которые характеризуют источник тока. Первой и основной из них является величина выходного тока. Во-вторых, его выходное сопротивление, которое определяет, насколько ток источника меняется в зависимости от сопротивления нагрузки. Третья спецификация — это минимальное и максимальное напряжения на выходе источника, при котором узел работает должным образом, т.е. выходной транзистор находится в активном режиме. В-четвёртых, температурная стабильность и способность противостоять колебаниям напряжения источника питания. Для разминки рассмотрим схемы простейших генераторов (источников) тока на транзисторах и операционных усилителях. Рис.1 Схема источника тока на биполярном транзисторе — самая плохая. В ней присутствует полный букет недостатков — и температурная нестабильность, и зависимость тока от колебаний напряжения источника питания и наличие пресловутого эффекта Эрли (эффект влияния напряжения между коллектором и базой на ток коллектора). Здесь входной делитель на резисторах R1, R2 задаёт ток базы транзистора Iб, выходной ток в первом приближении можно считать равным Iн = Iк≈β×Iб. Схема на полевом транзисторе не столь чувствительна к нестабильности источника питания, однако имеет другой существенный недостаток — практическую невозможность заранее рассчитать выходной ток генератора из-за значительности разброса параметров данных типов полупроводников. Максимальный ток данного типа источника равен начальному току стока при R1=0 (паспортная характеристика), минимальный ограничен падением напряжения на токозадающем резисторе R1. Генераторы тока на операционных усилителях (инвертирующий слева, неинвертирующий справа) — вполне себе работоспособные устройства, которые являются близкими аналогами идеальных источников тока, и практически лишены недостатков, присущих транзисторным схемам. Единственное, но существенное в отдельных случаях «но» состоит в том, что нагрузка является «плавающей», т.е. не подключённой никаким боком к земле. Ток через нагрузку практически с 100% точностью описывается формулой I н= Uвх/R1. Размялись? Пришло время избавляться от недостатков простейших источников тока, обкашлянных нами выше. Рис.2 Схемы стабилизаторов тока, представленные на Рис.2, будут полезны в устройствах, работающих с конечными потребителями, которые чувствительны не столько к стабильности напряжения, сколько к постоянству протекающего через них тока. За примерами далеко ходить не надо — источники питания светодиодов, газоразрядных ламп, зарядные устройства для аккумуляторов и т. д. Все они требуют наличия на выходе постоянного, либо изменяющегося по определённому алгоритму тока. Принцип работы приведённых схем предельно прост. При увеличении тока нагрузки пропорционально увеличивается и падение напряжения на токозадающем резисторе R1. При достижении уровня падения этого напряжения ≈0,6В, начинает открываться транзистор T1, снижая величину Uбэ (или Uзи) второго транзистора T2. Он начинает закрываться, соответственно, уменьшается и количество тока, протекающего через нагрузку. Для схемы на биполярном транзисторе номинал резистора Rб следует выбирать из соображений Rб. Для полевика, в силу его высокого входного сопротивления, величина резистора Rз1 может выбрана достаточно высокой (десятки килоом). Единственное, за чем надо зорко послеживать — максимально допустимое значение напряжения затвор-исток транзистора. Если оно меньше Еп, следует добавить дополнительный резистор Rз2 такого номинала, чтобы образованный делитель вогнал напряжение на затворе в допустимые пределы. Выходной ток рассчитывается по простой формуле Iн≈0,6/ R1. В этих схемах нет температурной компенсации, изменение выходного тока составляет величину ≈ 0,3% на один °С. Рис.3 Про схему токового зеркала, изображённую на Рис.3, смело можно сказать, что это базовая схема источника тока. Резисторы в эмиттерных цепях транзисторов создают отрицательную обратную связь по току, что с одной стороны, приводит к улучшению термостабилизирующих свойств узла, а с другой, позволяет в широких пределах регулировать соотношения токов транзисторов Т1 и Т2. Здесь ток   Ik1, задаваемый резистором R1: Iк1≈(Eп-0,7)/(R1+ Rэ1), а ток, протекающий в нагрузке: Iн≈ Rэ1×(Eп-0,7)/(R1× Rэ2+ Rэ1× Rэ2). Рис.4 Для снижения зависимости выходного тока от колебаний напряжения питания широкое применение нашли источники тока (Рис.4), называемые двойным зеркалом тока. Механизм работает следующим образом: Предположим, увеличилось напряжение питания. Тогда увеличивается и падение напряжения на резисторе R1. Это приводит к уменьшению потенциала базы транзистора VТ3, транзистор VТ3 призакроется, его ток Iэ3 уменьшится, соответственно уменьшится ток базы Iб2 и Iн тоже уменьшится и вернётся в исходное состояние. Iк1≈(Eп-1,4)/(R1+ Rэ1), Iн≈ Rэ1×(Eп-0,7)/(R1× Rэ2+ Rэ1× Rэ2). Рис.5 Источник тока, представленный на Рис. 5, называется схемой токового зеркала Уилсона и обеспечивает высокую степень постоянства выходного тока за счёт подавления проявлений эффекта Эрли (эффект влияния напряжения между коллектором и базой на ток коллектора). Транзисторы T1 и T2 в этой схеме включены так же, как в обычном токовом зеркале, но благодаря транзистору T3 потенциал коллектора токозадающего Т2 фиксирован и не влияет на выходной ток. Все формулы аналогичны предыдущему описанию: Iк1≈(Eп-1,4)/(R1+ Rэ1), Iн≈ Rэ1×(Eп-0,7)/(R1× Rэ2+ Rэ1× Rэ2). Рис.6 Каскодный генератор тока, изображённый на Рис. 6, обладает достоинствами, связанными с очень высоким внутренним сопротивлением и значительным ослаблением эффекта Эрли. Динамическое внутреннее сопротивление такого отражателя тока превышает величину в несколько МОм. И опять — всё то же самое: Iк1≈(Eп-1,4)/(R1+ Rэ1), Iн≈ Rэ1×(Eп-0,7)/(R1× Rэ2+ Rэ1× Rэ2). Легко заметить, что для всех типов приведённых токовых зеркал формула для расчёта выходного тока — одна и та же. Формула приблизительная, не учитывающая влияние на расчётные показатели незначительных величин базовых токов транзисторов, однако дающая возможность с погрешностью, не превышающей 5-7%, рассчитать величины токозадающих элементов. При необходимости сгенерить ток обратного направления, следует перевернуть схему вверх ногами и заменить n-p-n транзисторы на полупроводники обратной проводимости. И по традиции приведу таблицу, позволяющую не сильно утруждаться, при желании воплотить описанные узлы в реальную жизнь. РАСЧЁТ ТОКОЗАДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ИСТОЧНИКОВ ТОКА НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ.    Выбор схемы источника тока    &nbsp Рис.3Рис.4-6    Сопротивление резистора R1 (кОм)            Сопротивление резистора Rэ1 (кОм)            Сопротивление резистора Rэ2 (кОм)            Напряжение питания (В)               Выходной ток   Iн               Задающий ток   Ik1            Источники тока на полевых транзисторах, в связи со значительностью разброса параметров данного типа полупроводников, практическое применение получили в основном при производстве аналоговых интегральных микросхем. При этом при использовании МОП-структур полевых транзисторов, схемотехника токовых зеркал практически не отличается от приведённых выше источников тока на биполярных собратьях. Рис.6 Проектировать источники тока на дискретных полевых транзисторах — занятие, на мой взгляд, довольно нецелесообразное. Другое дело — специально разработанные полупроводники, называемые токостабилизирующими диодами (CRD), в основе которых лежит полевой транзистор с каналом n-типа. Рис.7 Полевые диоды имеют только два вывода и оптимизированы с точки зрения вольт-амперных характеристик. При их изготовлении можно достичь нулевого температурного коэффициента, объединяя CRD с резистором, имеющим тот же самый, но противоположного знака температурный коэффициент. Токостабилизирующие диоды не очень известны в широких массах радиолюбительского сообщества, но тем временем активно выпускаются буржуйскими промышленниками, имеют приличную номенклатуру токов и достаточно широкий диапазон рабочих напряжений. А на следующей странице продолжим тему — посвятим её источникам тока на операционных усилителях, а также преобразователям напряжение-ток на ОУ и транзисторах.

Источник тока — Источники питания

---

Источники питания

Идеальный источник тока — это устройство, производящее ток i ( t ), который не зависит от напряжения на клеммах источника. Это означает, что ток источника остается i ( t ) независимо от того, что подключено через клеммы источника. Если i ( t ) постоянная, источник называется источник постоянного тока .

Если на клеммах источника имеется сопротивление Ом , то напряжение ( Ri ). Это напряжение будет увеличиваться при больших значениях R , потому что ток остается независимым от R . С увеличением R мощность, отдаваемая источником тока, увеличивается, и это стать бесконечным, если R были бесконечны. Это необоснованная ситуация, это означает, что источник тока не должен быть разомкнут. источник тока простаивает при коротком замыкании, потому что напряжение на его клеммы равны нулю, и источник питания не подается. Концепция идеального источника тока подразумевает, что он должен иметь нулевая внутренняя проводимость.

Источник тока обозначен кружком с i ( t ) написано рядом (см. рисунок ниже). Ссылка на текущий обозначено стрелкой либо рядом с кругом, либо внутри него, как показано на фигура.

Текущий источник.

Регуляторы тока

Схема, обеспечивающая постоянный выходной ток, называется стабилизатором постоянного тока или просто ток регулятор . Схема, показанная на рисунке ниже, упрощенная схема регулятора тока. показанный на схеме переменный резистор используется для иллюстрируют концепцию действующего регулирования. Обратите внимание, что амперметр имеет был включен в эту цепь, чтобы указать, что цепь показан регулятор тока. Когда цепь работает исправно, текущее показание амперметра остается постоянным. В этом случае переменный резистор ( Р _В ) компенсирует изменения нагрузки ( R _L ) или входного напряжения постоянного тока. Любое увеличение сопротивления нагрузки вызывает падение тока. Чтобы поддерживать постоянный ток, сопротивление R _V должно уменьшаться всякий раз, когда нагрузка сопротивление увеличивается. Это приводит к полному сопротивлению Остаются неизменными. Увеличение входного напряжения должно компенсируется увеличением сопротивления R _V , тем самым поддерживая постоянный ток.

Регулятор тока (упрощенный).

Поскольку использование переменного резистора нецелесообразно для управления флуктуациями или изменением тока транзистор и стабилитрон вместе с необходимыми резисторами. используется (см. ниже). Стабилитрон обеспечивает постоянное опорное напряжение. Резистор R ₁ есть подключен последовательно с нагрузкой и воспринимает любой ток изменения нагрузки. R ₂ предназначен для работает как токоограничивающий резистор для стабилитрона диод.

Транзисторный регулятор тока.

Давайте подробно рассмотрим, как различные компоненты работают для поддержания выход постоянного тока. Снижение сопротивления нагрузки вызывает соответствующее увеличение тока. Это приводит к большему напряжению падение на R ₁ из-за увеличения тока. Падение напряжения на D ₁ остается постоянный. Из-за повышенного падения напряжения на R ₁ , прямое смещение Q ₁ есть уменьшается, а сопротивление транзистора увеличивается. Таким образом, общая сопротивление вокруг внешнего контура цепи остается постоянным. Поскольку схема представляет собой регулятор тока, выходное напряжение будет меняться, поскольку регулятор поддерживает выход постоянного тока.

Источник постоянного тока JFET

Диод постоянного тока

Источник постоянного тока может быть сформирован из JFET (см. рисунок выше). Эту конфигурацию иногда называют диодом постоянного тока. Напряжение на истоке JFET ( V _S ) автоматически поддерживается рядом с напряжение отсечки и

При увеличении или уменьшении напряжения питания (стока) соответственно изменяется сопротивление JFET r _DS , таким образом поддержание I на почти постоянном уровне.

---

---

Способы построения и использования цепей постоянного тока

Мы часто сталкивались с источником напряжения и источником тока при проектировании схем, когда работали с аналоговыми цепями. Источники напряжения — это все, что обеспечивает постоянное напряжение, например, стандартный выход USB 5 В или адаптер 12 В; однако текущие источники немного более загадочны. Некоторые схемы, особенно с операционными усилителями и коммутационными схемами, потребуют от вас использования источника постоянного тока. Что такое цепь постоянного тока? Что он делает и зачем он нам нужен?

Ниже мы ответим на эти и некоторые другие вопросы, которые могут у вас возникнуть, такие как изменение температуры, схемы с транзистором и приложения для этого конкретного тока.

 

Содержание

1. Что такое цепь постоянного тока?

 

(схема управляет резистором и создает напряжение)

0004

 

Это источник питания, который поддерживает постоянный ток в нагрузке, несмотря на изменения и колебания сопротивления нагрузки. Другими словами, источник постоянного тока обеспечивает постоянный выходной ток независимо от сопротивления нагрузки.

Таким образом, источник постоянного тока ценен для подачи постоянного тока независимо от любых изменений сопротивления, даже при значительных отклонениях сопротивления. В цепях с постоянными требованиями к току это полезно.

 

2. Как работает источник постоянного тока?

 

(светодиодный источник света)

https://en. wikipedia.org/wiki/Current_source#/media/File:Const_cur_src_113.svg

 

генераторы постоянного тока с высоким сопротивлением по сравнению с их нагрузками с высоким сопротивлением. Он может поддерживать непрерывный ток даже при нагрузке, сопротивление которой колеблется в широких пределах, так как его внутреннее сопротивление велико.

Соответственно, источник постоянного тока работает в соответствии с делением тока. Из-за высокого внутреннего сопротивления и низкого сопротивления нагрузки ток проходит по кратчайшему пути с наименьшим сопротивлением. Ток течет от источника тока (с высоким внутренним сопротивлением) к нагрузке с меньшим сопротивлением.

 

3. Способы построения цепей постоянного тока

 

Транзисторный активный источник постоянного тока Основы

 

(Уравнение для приведенного ниже примера решения схемы с напряжением батареи 5)

 

В приведенном выше уравнении мы используем значение мА, равное 100. Схема обеспечивает подачу постоянного тока 100 мА при напряжении питания 5 В. Кроме того, он будет иметь потенциометр для управления последним выходным сигналом от одного до ста мА. Несмотря на изменения сопротивления нагрузки, он будет поддерживать постоянный ток. Это можно использовать в цепях, которым требуется постоянная подача тока без колебаний.

 

Простая стабилизированная схема источника рабочего тока

 

(Это схема активного источника тока на транзисторе.) напряжения путем изменения нескольких электронных компонентов в первичной цепи активного устройства. В качестве альтернативы вы можете использовать диод опорного напряжения или стабилитрон вместо R1.

 

Цепь постоянного тока LM334, TL431 и LM317

 

(Это схема источника постоянного тока, в которой используется регулятор напряжения LM317)

 

Одним из наиболее стабильных источников постоянного тока является LM344. Этот источник тока имеет три клеммы и может работать при уровне тока от 1 мкА до 10 мА, что определяется сбросом внешнего резистора. Как надежный двухконтактный источник тока, он не требует подключения дополнительных компонентов питания. Кроме того, он может работать как датчик температуры. К сожалению, LM334 может выдавать только 10 мА.

Помимо того, что LM317 является регулятором напряжения, он также является стабильным источником постоянного тока. Можно создать максимальный ток 1 ампер, используя только три контакта.

Небольшие упаковки TO-92 обычно содержат часть TL431. TL431A можно рассматривать как переменную с температурной компенсацией, и это устройство также может функционировать как источник постоянного тока и опорное/источник напряжения.

Не забывайте всегда измерять входное напряжение, переключающие узлы, а также выходное напряжение перед использованием.

 

4. Цепь постоянного тока, зависящая от температуры их основные недостатки. Хотя это, вероятно, не имеет большого значения для многих приложений, температурные характеристики будут иметь решающее значение для контроля окружающей среды.

Изменения происходят двумя основными способами:

 

Влияние температуры на изменения Vbe

 

Температура на Vbe составляет приблизительно -2 мВ/°C, и изменение Vce обусловлено этим. Следующее соотношение является приблизительным: *Vbe приблизительно равно -0,0001ΔVce. Имейте в виду, что схема чувствительна к изменениям температуры окружающей среды.

Рекомендуется использовать достаточно большое сопротивление эмиттерного резистора. Это связано с тем, что сделка гарантирует изменение напряжения эмиттера менее чем на десятки милливольт. И это также влияет только на долю общего напряжения эмиттера. Для того чтобы коллекторы все еще имели достаточное напряжение между собой, важно, чтобы оба тока проходили через них и чтобы колебания напряжения питания адекватно поглощались.

 

Температура и колебания β

 

Когда транзистор имеет значение β / Hfe, это может не быть существенной проблемой. При этом влияние тока базы на эмиттерный ток уменьшается, и вариация уменьшается в наибольшей степени.

 

5. Применение цепи постоянного тока

 

Для операций, связанных с управлением светодиодами в системе светодиодного освещения, должен быть источник постоянного тока. Вы используете источник постоянного тока в цепях зарядки аккумуляторов, а также в портативных устройствах. Вы будете использовать источник постоянного тока в нескольких приложениях, в том числе:

• Системы для усиления звука.
• Система солнечной энергии.
• Электромагнитные поля.
• Двигатель, поддерживающий постоянную скорость.
• Датчики, измеряющие эффект Холла.
• Цепь регулятора смещения стабилитрона

 

Заключительные мысли

 

Цепь источника постоянного тока состоит из источника постоянного тока, подключенного к нагрузке, которую он питает, и представляет собой схему, зависящую от температуры.