г. Барнаул
  natasha.webuspex.ru

Ваш e-mail: *
Ваше имя: *



Источники тока. Источники напряжения


___________________

Рейтинг@Mail.ru

Источник тока, примеры схем на полевом и биполярном транзисторах
( продолжение. Начало источник тока )

Приведенные ниже примеры являются схемотехнической имитацией источников тока. Они работают только при наличии внешнего источника напряжения. По сути, эти схемы являются лишь эквивалентом большого внутреннего сопротивления источника тока, т. е. правильнее их называть стабилизаторами тока. При расчете должно выполняться условие: Iн*Rн < Uпит, иначе управляющие транзисторы и ОУ выйдут из режима.

Источники тока широко применяются в электронных схемах для генерации стабильного тока в нагрузку независимого от её сопротивления; в формирователях опорных напряжений; в качестве нагрузки усилительных каскадов для получения большого коэффициента усиления.

Схема простого источника тока на одном биполярном транзисторе.

Простой Источник тока на биполярном транзистореВ роли генератора тока здесь выступает транзистор VT1. Его рабочий режим задаётся источником опорного напряжения на стабилитроне VD1 и подстроечным резистором . С помощью этого резистора можно установить необходимый ток Iн.
Диапазон сопротивлений нагрузки и генерируемого тока определяется напряжением источника питания транзистора (смотри преобразование источника тока в источник напряжения).

Смотрите, в чем здесь фишка. Эта схема является не только тем, что объявлено в заголовке. Если рассмотреть её с другой стороны, то увидим, что она является стабилизированным источником напряжения, если выступает в качестве нагрузки. В этом случае стабилитрон VD1 будет определять выходное напряжение.

Описательная часть закончилась, перейдем к численным значениям. Пробуем посчитать выходное сопротивление данного источника тока.
Из соответствующей литературы извлекаем подходящую простую формулу и записываем:

ri = rкэ*[1+ßRэ/(Rб+ß*rэ+Rэ) ], где
rкэ - сопротивление коллектор - эмиттер;
rэ = сопротивление перехода эмиттер - база;
Rб - полное сопротивление входного делителя.
Для расчета можно принять rкэ =100кОм, rэ =26 Ом.
Реальные значения для этой схемы 3-5 мОм.

Недостатки схемы: зависимость выходного тока от нестабильности опорного напряжения и температурная неустойчивость транзистора. Убедитесь в этом сами, погрейте слегка транзистор паяльником.

От температурной зависимости транзистора можно уйти применив операционный усилитель.

Очень простой источник тока на одном полевом транзисторе с n - каналом.

источник тока на полевом транзисторе Схема источника тока на полевом транзисторе ещё проще, чем приведенная выше. Ток в нагрузке определяется напряжением отсечки транзистора и сопротивлением резистора R1 в цепи истока. С достаточной точностью его можно рассчитать по формуле:
Iн = Uот/R1
Данный источник тока имеет меньшее значение внутреннего сопротивления, чем источник на биполярном транзисторе. Также у маломощных полевых транзисторов максимально допустимый ток гораздо меньше, чем у биполярных.
* Напряжение отсечки - напряжение на затворе, когда ток через транзистор уменьшается практически до 0.
Можно использовать в качестве нагрузки усилительного каскада

Для любознательных
Оценить выходное сопротивление источника тока на полевом транзисторе можно по формуле (2)
ri =rc*(1+S*R1), где:
ri -выходное сопротивление источника тока;
rc - дифференциальное выходное сопротивление транзистора (rc =ðUc/ðIc);
S - крутизна передаточной характеристики.
Величину rc можно попробовать найти  в справочнике, или вручную определить по графикам выходных характеристик.
На практике выходное сопротивление ri может быть порядка 400 -600 кОм, что намного меньше аналогичных значений у биполярного транзистора.

источник тока с повышенным выходным сопртивлением на полевом и биполярном транзисторахИз формулы видно, что увеличивая сопротивление R1, можно добиться значительного роста выходного сопротивления источника тока.

Такая схема, уже не очень простого источника, приведена на рисунке. Вместо истокового резистора здесь используется источник тока на биполярном транзисторе VT2. Благодаря этому, выходное сопротивление схемы может возрасти до величины в
1 ГОм.

Всё бы здесь, может, и было хорошо, если бы не ограничения, которые накладывает выходной полевой транзистор. Опять же маленький выходной ток, присущий маломощным полевым транзисторам.
Хотя современная элементная база может и предложит что - нибудь более подходящее для этих целей.

Температурную стабильность простой схемы можно повысить, если напряжение смещения затвор - исток вывести в термостабильную точку.

зависимости тока стока транзистора от напряжения затвора Смотрите на рисунок слева. На нём изображены зависимости тока стока транзистора от напряжения затвора при разных температурах. Видно, что графики пересекаются в некоторой точке, которая и определяет термостабильный режим работы. Наша задача заключается в том, чтобы задать напряжение смещения именно таким, как показано на графике, и тогда ток стока будет слабо зависеть от температуры, повысив тем самым стабильность источника.

Если мы добились стабильного, независимого от температуры режима работы транзистора, то почему же нам не воспользоваться этим качеством и не попытаться получить ещё чего -нибудь полезного от этого каскада. Оказывается, аналогично схеме на биполярном транзисторе, его можно использовать в качестве уже термостабильного источника опорного напряжения. Для этого достаточно снимать образцовое напряжение с истокового резистора R1. Вот так, два в одном. Только просьба, сильно не нагружать этот источник.

(с) 2009г.
Литература:
Л.А. Бессонов. Теоретические основы электротехники
У.Титце, К. Шенк. Полупроводниковая схемотехника.

Подходящие схемы на операционных усилителях
Где грань между источником тока и напряжения. Проверяем с помощью утюга

P.S. Оказалось, что простейший источник тока на одном транзисторе может дать широкий простор для фантазии. Эта маленькая схема является по моим подсчетам этаким 3 в 1, а может быть и больше при более тщательном рассмотрении. Скоро я вам расскажу об этом, надо собраться с духом и накатать очередную статью: "источник тока на одном транзисторе - три в одном флаконе".
Учебный год 2012-2013 уже не за горами... что это я о грустном?

Положительные отзывы направляйте сюда 

Термостабильность источника тока на транзисторе. Источники тока на биполярном и полевом транзисторах. Внутреннее сопротивление источника тока. В чём отличие источника тока и напряжения.