Torgholodmash.ru

ТоргХолодМаш
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Регулятор тока JFET

Глава 5 — Дискретные полупроводниковые схемы

ЧАСТИ И МАТЕРИАЛЫ

  • Один транзистор с полевым эффектом на N-канальном соединении, рекомендованные модели 2N3819 или J309 (каталог Radio Shack № 276-2035 — модель 2N3819)
  • Две 6-вольтовые батареи
  • Один потенциометр 10 кОм, однооборотный, линейный конус (Каталог Radio Shack № 271-1715)
  • Один резистор 1 кОм
  • Один резистор 10 кОм
  • Три резистора 1, 5 кОм

Для этого эксперимента вам понадобится N-канальный JFET, а не P-канал! Вам понадобится N-канальный JFET, а не P-канал!

Помните, что не все транзисторы имеют одни и те же обозначения терминалов или распиновки, даже если они имеют один и тот же внешний вид. Это будет определять, как вы соединяете транзисторы вместе и с другими компонентами, поэтому обязательно проверяйте спецификации изготовителя (техническое описание компонентов), которые легко получить с веб-сайта производителя. Остерегайтесь того, что пакет транзистора и даже данные изготовителя могут показать неправильные схемы идентификации терминала! Настоятельно рекомендуется дважды проверять идентификаторы контактов с помощью функции «проверки диода» вашего мультиметра. Подробнее о том, как идентифицировать терминальные транзисторные терминалы с помощью мультиметра, см. В главе 5 тома полупроводника (том III) этой серии книг.

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки в электрических цепях, том 3, глава 5: «Транзисторы с полевым эффектом перехода»

Уроки в электрических цепях, том 3, глава 3: «Диоды и выпрямители»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

  • Как использовать JFET в качестве регулятора тока
  • Как JFET относительно невосприимчив к изменениям температуры

СХЕМАТИЧЕСКАЯ СХЕМА

Image

ИЛЛЮСТРАЦИИ

Image

ИНСТРУКЦИИ

Ранее в этой главе вы видели, как пару биполярных переходных транзисторов (BJT) можно использовать для формирования текущего зеркала, в результате чего один транзистор будет пытаться поддерживать тот же ток через него, как если бы другой, текущий уровень тока был установлен переменное сопротивление. Эта схема выполняет ту же задачу регулирования тока, но использует один транзистор полевого эффекта (JFET) вместо двух BJT.

Два резистора серии R и R- граница устанавливают текущую контрольную точку, в то время как нагрузочные резисторы и контрольные точки между ними служат только для демонстрации постоянного тока, несмотря на изменения сопротивления нагрузки.

Чтобы начать эксперимент, прикоснитесь к испытательному зонду к TP4 и отрегулируйте потенциометр по его диапазону хода. Вы должны увидеть небольшой переменный ток, указанный вашим амперметром при перемещении механизма потенциометра: не более нескольких миллиампер. Оставьте потенциометр в положении, задающем круглое количество миллиампер, и переместите черный измерительный щуп измерителя в TP3. Текущее показание должно быть почти таким же, как и раньше. Переместите зонд в TP2, затем TP1. Опять же, вы должны увидеть почти неизменное количество тока. Попробуйте отрегулировать потенциометр в другое положение, указав другую индикацию тока и коснитесь черного зонда измерителя до контрольных точек TP1 — TP4, отметив стабильность текущих показаний при изменении сопротивления нагрузки. Это демонстрирует текущее регулирующее поведение этой схемы.

TP5, в конце резистора 10 кОм, предусмотрен для введения большого изменения сопротивления нагрузки. Подключение черного тестового зонда вашего амперметра к этой контрольной точке дает комбинированное сопротивление нагрузки 14, 5 кОм, что будет слишком большим сопротивлением для транзистора для поддержания максимального регулируемого тока. Чтобы испытать то, что я описываю здесь, коснитесь черного тестового зонда TP1 и настройте потенциометр для максимального тока. Теперь переместите черный тестовый зонд в TP2, затем TP3, затем TP4. Для всех этих позиций контрольной точки ток будет оставаться приблизительно постоянным. Однако, когда вы касаетесь черного зонда до TP5, ток резко падает. Почему «термальный побег»>

Важным предостережением с токовой зеркальной цепью BJT является то, что оба транзистора должны быть одинаковой температуры, чтобы оба тока были равны. Однако с этой схемой температура транзистора почти не имеет значения. Попробуйте схватить транзистор между пальцами, чтобы нагреть его, заметив ток нагрузки с вашим амперметром. Попытайтесь охлаждать его потом, дуя на него. Мало того, что требование о согласовании транзисторов устранено (из-за использования только одного транзистора), но тепловые эффекты устраняются также из-за относительной термической неприкосновенности полевого транзистора. Такое поведение также делает полевые транзисторы устойчивыми к тепловому побегу; решающее преимущество перед биполярными переходными транзисторами.

Интересным применением этой схемы тока-регулятора является так называемый диод постоянного тока . Описанный в главе «Диоды и выпрямители» тома III, этот диод вообще не является устройством PN-перехода. Вместо этого это JFET с фиксированным сопротивлением, соединенным между затвором и клеммами источника:

Image

Нормальный PN-переходный диод включен последовательно с JFET для защиты транзистора от повреждения от обратного напряжения смещения, но в противном случае средство регулирования тока этого устройства полностью обеспечивается полевым транзистором.

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Image

SPICE не допускает «подметания» значений сопротивления, поэтому, чтобы продемонстрировать текущее регулирование этой схемы в широком диапазоне условий, я решил поднять напряжение источника от 6 до 12 вольт с шагом 0, 1 В. Если вы хотите, вы можете установить rload на разные значения сопротивления и убедиться, что ток цепи остается постоянным. При значении rlimit 1 кОм регулируемый ток будет 291, 8 мкА. Этот текущий показатель, скорее всего, не будет таким же, как ваш фактический ток цепи, из-за различий в параметрах JFET.

Читать еще:  Как регулировать часы которые спешат

Многие производители предоставляют параметры модели SPICE для своих транзисторов, которые могут быть напечатаны в строке .model netlist для более точного моделирования схемы.

Схема номер 2

Эл-схема ПРОСТОГО РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

В новой схеме также присутствует трёхвыводной эл. компонент (но это уже не транзистор) постоянный и переменный резисторы, светодиод со своим ограничителем. Добавлено только два электролитических конденсатора. Обычно на типовых схемах указаны минимальные значения C1 и C2 (С1=0,1 мкФ и С2=1 мкФ) которые необходимы для устойчивой работы стабилизатора. На практике значения емкостей составляют от десятков до сотен микрофарад. Ёмкости должны располагаться как можно ближе к микросхеме. При больших емкостях обязательно условие C1>>C2. Если ёмкость конденсатора на выходе будет превышать ёмкость конденсатора на входе, то возникает ситуация при которой выходное напряжение превышает входное, что приводит к порче микросхемы стабилизатора. Для её исключения устанавливают защитный диод VD1.

Изготовление ПРОСТЫХ РЕГУЛЯТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

У этой схемы уже совсем другие возможности. Входное напряжение от 5 до 40 вольт, выходное 1,2 – 37 вольт. Да, имеется падение напряжения вход – выход равное примерно 3,5 вольтам, однако роз без шипов не бывает. Зато микросхема КР142ЕН12А именуемая линейным регулируемым стабилизатором напряжения имеет неплохую защиту по превышению тока нагрузки и кратковременную защиту от короткого замыкания на выходе. Её рабочая температура до + 70 градусов по Цельсию, работает с внешним делителем напряжения. Выходной ток нагрузки до 1 А при длительной работе и 1,5 А при непродолжительной. Максимально допустимая мощность при работе без теплоотвода 1 Вт, если микросхему установить на радиатор достаточного размера (100 см.кв.) то Р макс. = 10 Вт.

Выбор схемы включения

В зависимости от включения регулирующего элемента в цепь стабилизации, все известные схемы таких устройств делятся на три типа, а именно:

  • С непрерывным отслеживанием состояния выходных параметров;
  • Импульсный регулятор тока;
  • Комбинированные системы.

Обратите внимание! В состав первого из этих устройств в качестве обязательного узла входит цепь ООС.

Благодаря этой связи, все изменения выходных параметров моментально проявляются в виде соответствующих, но противоположных по знаку колебаний напряжения на входе регулирующего элемента (их вольтаж зависит от конкретно используемой схемы управления).

Стабилизаторы тока на полевом транзисторе, схемы которых будут рассмотрены далее, работают именно по этому принципу, обеспечивая непрерывность процесса регулировки. Импульсные и комбинированные системы отличаются большей сложностью и не рассматриваются в данном обзоре.

Fanta BH

Я построил почти полностью то же самое сам, и во время сборки допустил одну ошибку, из-за которой маленький приводной транзистор постоянно замыкался на эмиттер и коллектор. Потерял всего 3, пока я не обнаружил, что по ошибке я установил резисторы неправильного значения, использовал 680 Ом вместо 68 Ом. После этого он начал работать, но только регулирование напряжения, без тока. Затем выяснилось, что контакт 10 не был подключен, и он идет прямо к среднему контакту потенциометра 500 Ом, который используется для ограничения тока. После исправления, что все начало работать. Так что, если у вас нет схемы, и регулирование напряжения работает так, как должно и выглядит стабильно под нагрузкой, то в этом случае ограничение тока обычно подключается вокруг контакта 2 на LM723. Иди так:

Работает ли регулирование напряжения (используйте внешний вольтметр), если не заменить lm723 и перед заменой проверить напряжение на контакте 12, оно не должно превышать 37 вольт. Также, если регулирование напряжения не работает, и изменение lm723 не исправляет ситуацию, то, если на выходе нет напряжения или оно очень низкое, главные силовые транзисторы повреждены или транзистор, управляющий большими, сломан, но если напряжение не работает работает и вы получаете максимальное напряжение на выходе, чем между коллектором и эмиттером замыкаются силовые транзисторы или управляющие.

Если ток не работает, но напряжение работает, и вы можете потреблять полную мощность без регулирования, то средний выход по регулировке тока не подключен к IC или к некоторым резисторам, которые подключены к сторонам потенциометра тока, не работает. В конце концов, если все выглядит нормально, но ограничение тока не работает, то причина снова — сама LM723.

Схема регулятора напряжения и тока

Прежде чем рассматривать схему регулятора напряжения, необходимо хотя-бы в общих чертах ознакомиться с принципом его работы. В качестве примера можно взять тиристорный регулятор напряжения, широко распространенный во многих схемах.

Основной деталью таких устройств, как регулятор сварочного тока является тиристор, который считается одним из мощных полупроводниковых устройств. Лучше всего он подходит для преобразователей энергии с высокой мощностью. Управление этим прибором имеет свою специфику: он открывается импульсом тока, а закрывается при падении тока почти до нулевой отметки, то есть ниже тока удержания. В связи с этим, тиристоры преимущественно используются для работы с переменным током.

Регулировать переменное напряжение с помощью тиристоров можно разными способами. Один из них основан на пропуске или запрете целых периодов или полупериодов на выход регулятора. В другом случае тиристор включается не в начале полупериода напряжения, а с небольшой задержкой. В это время напряжение на выходе будет нулевым, соответственно мощность не будет передаваться на выход. Во второй части полупериода тиристором уже будет проводиться ток и на выходе регулятора появится напряжение.

Читать еще:  Регулировка громкости вызова трубки домофона

Время задержки известно еще и как угол открытия тиристора. Если он имеет нулевое значение, все входное напряжение будет попадать на выход, а падение напряжения на открытом тиристоре будет потеряно. Когда угол начинает увеличиваться, под действием тиристорного регулятора выходное напряжение будет снижаться. Следовательно, если угол, равен 90 электрическим градусам, на выходе будет лишь половина входного напряжения, если же угол составляет 180 градусов – выходное напряжение будет нулевым.

Принципы фазового регулирования позволяют создать не только регулятор тока и напряжения для зарядного устройства, но и схемы стабилизации, регулирования, а также плавного пуска. В последнем случае напряжение повышается постепенно, от нулевой отметки до максимального значения.

На основе физических свойств тиристоров была создана классическая схема регулятора тока. В случае применения охладителей для диодов и тиристора, полученный регулятор сможет отдавать в нагрузку до 10 А. Таким образом, при напряжении 220 вольт появляется возможность регулировки напряжения на нагрузке, мощностью 2,2 кВт.

Подобные устройства состоят всего из двух силовых компонентов – тиристора и диодного моста, рассчитанных на ток 10 А и напряжение 400 В. Диодный мост осуществляет превращение переменного напряжения в однополярное пульсирующее напряжение. Фазовая регулировка полупериодов выполняется с помощью тиристора.

Для параметрического стабилизатора, ограничивающего напряжение, используется два резистора и стабилитрон. Это напряжение подается на систему управления и составляет 15 вольт. Резисторы включаются последовательно, увеличивая тем самым пробивное напряжение и рассеиваемую мощность. На основании самых простых деталей можно легко изготовить самодельные регуляторы тока, схема которых будет довольно простой. В качестве конкретного примера стоит подробнее рассмотреть тиристорный регулятор сварочного тока.

Расчет трансформатора тока | Все своими руками

Бывают такие ситуации когда нужно контролировать большие токи в цепях переменного напряжения, например как контролировать ток в цепи сварочного аппарата, где ток достигает 150-250А. Для такого контроля отлично подходит трансформатор тока. Этот трансформатор нечем не отличается от обычного трансформатора, по сути это обычный трансформатор с известным отношением витков первичной и вторичной обмотки.На схеме представлен пример трансформатора тока с током первичной цепи 6А, на выходе этого трансформатора напряжение 6В

трансформатор тока

Принцип работы такого трансформатора прост и рассчитывается все довольно просто1. Берется за основу абсолютно любой каркас трансформатора. Для простоты возьму колечко любого размера и намотаю на него 100 витков, это количество витков может быть абсолютно любое, но для простоты расчета пусть будет 100. Эта обмотка вторичка, с которой будет сниматься измеряемое напряжение. Первичная обмотка должна быть один виток, а точнее кабель пропущенный через кольцо. Теперь известно что отношение между первичной и вторичкой 1:100.

2. Теперь через первичную обмотку в один виток пропущу ток в 6А, зная отношение в витках можно узнать ток в вторичной обмотке трансформатора 6А/100=0,06А. Когда ток вторички известен вспомню закон Ома R=V/I, исходя из него узнаю на сколько Ом нужно нагрузить вторичку, чтобы при токе в 0,06А напряжение на выходе было 6В. R=V/I, R=6В/0,06А=100 Ом, то есть если вторичку нагрузить на 100 Ом, напряжение на вторичке будет 6В при токе в первичке 6АПри максимальном токе на резисторе R2 будет рассеиваться некоторая мощность, поэтому нужно еще рассчитать рассеиваемую мощность на резисторе P=U*I, P=6В*0,06А=0,36Вт минимальный резистор рассеиваемой мощностью о,5Вт

Вот таким простым способом можно измерять любые токи, главное правильно рассчитать трансформатор и балластный резисторС ув. Эдуард

Полезные материалы по этой теме:

Виды стабилизаторов тока

Отличительной чертой стабилизаторов тока является их значительное выходное сопротивление. Это дает возможность исключить влияние напряжения на входе, и сопротивления нагрузки, на значение тока на выходе устройства. Стабилизаторы тока поддерживают выходной ток в определенных пределах, меняя при этом напряжение таким образом, что ток, протекающий по нагрузке, остается постоянным.

Стабилизаторы тока на резисторе

В элементарном случае генератором тока может быть схема, состоящая из блока питания и сопротивления. Подобная схема часто используется для подключения светодиода, выполняющего функцию индикатора.

Stabilizator na rezistore

Из недостатков такой схемы можно отметить необходимость использования высоковольтного источника. Только при таком условии можно использовать резистор, имеющий высокое сопротивление, и получить хорошую стабильность тока. На сопротивлении рассеивается мощность P = I 2 х R.

Стабилизаторы на транзисторах

Значительно лучше функционируют стабилизаторы тока, собранные на транзисторах.

Stabilizator toka na tranzistore

Можно выполнить настройку падения напряжения таким образом, что оно будет очень маленьким. Это дает возможность снижения потерь при хорошей стабильности тока на выходе. На выходе транзистора сопротивление очень большое. Такая схема применяется для подключения светодиодов или зарядки аккумуляторных батарей малой мощности.

Напряжение на транзисторе определяется стабилитроном VD1. R2 играет роль датчика тока и обуславливает ток на выходе стабилизатора. При увеличении тока падение напряжения на этом резисторе становится больше. Напряжение поступает на эмиттер транзистора. В итоге напряжение на переходе база-эмиттер, которое равно разности напряжения базы и эмиттерного напряжения, снижается, и ток возвращается к заданной величине.

Схема токового зеркала

Аналогично функционируют генераторы тока. Популярной схемой таких генераторов является «токовое зеркало», в которой вместо стабилитрона применяется биполярный транзистор, а точнее, эмиттерный переход. Вместо сопротивления R2 применяется сопротивление эмиттера.

Читать еще:  Регулировка скорости вращения кулера 4 pin

Stabilizator toka zerkalo

Стабилизаторы тока на полевике

Схема с применением полевых транзисторов более простая.

Stabilizator toka na polevike

Нагрузочный ток проходит через R1. Ток в цепи: «+» источника напряжения, сток-затвор VТ1, нагрузочное сопротивление, отрицательный полюс источника – очень незначительный, так как сток-затвор имеет смещение в обратную сторону.

Напряжение на R1 положительное: слева «-», справа напряжение равно напряжению правого плеча сопротивления. Поэтому напряжение затвора относительно истока минусовое. При снижении нагрузочного сопротивления, ток повышается. Поэтому напряжение затвора по сравнению с истоком имеет еще большую разницу. Вследствие этого транзистор закрывается сильнее.

При большем закрытии транзистора нагрузочный ток снизится, и возвратится к начальной величине.

Устройства на микросхеме

В прошлых схемах имеются элементы сравнения и регулировки. Аналогичная структура схемы применяется при проектировании устройств, выравнивающих напряжение. Отличие устройств, стабилизирующих ток и напряжение, заключается в том, что в цепь обратной связи сигнал приходит от датчика тока, который подключен к цепи нагрузочного тока. Поэтому для создания стабилизаторов тока используют популярные микросхемы 142 ЕН 5 или LМ 317.

Stabilizatory toka LМ 317

Здесь роль датчика тока играет сопротивление R1, на котором стабилизатор поддерживает постоянное напряжение и нагрузочный ток. Величина сопротивления датчика значительно ниже, чем нагрузочное сопротивление. Снижение напряжения на датчике влияет на напряжение выхода стабилизатора. Подобная схема хорошо сочетается с зарядными устройствами, светодиодами.

Импульсный стабилизатор

Высокий КПД имеют импульсные стабилизаторы, выполненные на основе ключей. Они способны при незначительном напряжении входа создавать высокое напряжение на потребителе. Такая схема собрана на микросхеме МАХ 771.

Impulsnyi stabilizator

Сопротивления R1 и R2 играют роль делителей напряжения на выходе микросхемы. Если напряжение на выходе микросхемы становится выше опорного значения, то микросхема снижает выходное напряжение, и наоборот.

Если схему изменить таким образом, чтобы микросхема реагировала и регулировала ток на выходе, то получится стабилизированный источник тока.

Impulsnyi stabilizator 2

При падении напряжения на R3 ниже 1,5 В, схема работает в качестве стабилизатора напряжения. Как только нагрузочный ток повышается до определенного уровня, то на резисторе R3 падение напряжения становится больше, и схема действует как стабилизатор тока.

Сопротивление R8 подключается по схеме тогда, когда напряжение становится выше 16,5 В. Сопротивление R3 задает ток. Отрицательным моментом этой схемы можно отметить значительное падение напряжения на токоизмерительном сопротивлении R3. Эту проблему можно решить путем подключения операционного усилителя для усиления сигнала с сопротивления R3.

Устройство и принцип действия

На нестабильность нагрузочного тока влияет значение сопротивления и напряжения на входе. Пример: в котором сопротивление нагрузки постоянно, а напряжение на входе повышается. Ток нагрузки при этом также возрастает.

Ustroistvo i printsip deistviia

В результате этого повысится ток и напряжение на сопротивлениях R1 и R2. Напряжение стабилитрона станет равным сумме напряжений сопротивлений R1, R2 и на переходе VT1 база-эмиттер: Uvd1=UR1+UR2+UVT1(б/э)

Напряжение на VD1 не меняется при меняющемся входном напряжении. Вследствие этого ток на переходе база-эмиттер снизится, и повысится сопротивление между клеммами эмиттер-коллектор. Сила тока на переходе коллектор-эмиттере и нагрузочное сопротивление станет снижаться, то есть переходить к первоначальной величине. Так выполняется выравнивание тока и поддержание его на одном уровне.

Стабилизатор для светодиодов
Изготовить такое устройство самостоятельно можно с применением микросхемы LМ 317. Для этого останется только подобрать резистор. Питание для стабилизатора целесообразно применять следующее:
  • Блок от принтера на 32 В.
  • Блок от ноутбука на 19 В.
  • Любой блок питания на 12 В.

Stabilizatory toka dlia svetodiodov

Достоинством такого устройства является низкая стоимость, простота конструкции, повышенная надежность. Сложную схему нет смысла собирать самостоятельно, проще ее приобрести.

Компьютерное моделирование

Рисунок 3 Схема в SPICE с номерами узлов Рисунок 3 – Схема в SPICE с номерами узлов

Список соединений (создайте текстовый файл, содержащий следующий текст, без изменений):

Vammeter (Vамперметр) – это не что иное, как батарея постоянного тока с нулевым напряжением, стратегически размещенная для перехвата тока нагрузки. Это не более чем уловка для измерения тока в моделировании SPICE, поскольку в языке SPICE нет отдельного компонента «амперметр». Важно помнить, что SPICE распознает только первые восемь символов имени компонента. С именем «vammeter» всё в порядке, но если бы мы включили в схему более одного источника напряжения для измерения тока и назвали их «vammeter1» и «vammeter2» соответственно, SPICE увидел бы их как два экземпляра одного и того же компонента «vammeter» (видя только первые восемь символов) и остановился бы с ошибкой. Об этом следует помнить, изменяя список соединений или программируя собственную SPICE симуляцию!

Чтобы оценить стабилизирующее ток поведение данной схемы, вам нужно будет в этом моделировании поэкспериментировать с различными значениями сопротивления Rнагр. При Rогр, установленном на 10 кОм, и напряжении источника питания 12 Вольт, стабилизированный ток через Rнагр будет составлять 1,1 мА. SPICE демонстрирует идеальную стабилизацию, ток нагрузки остается на уровне 1,1 мА для широкого диапазона сопротивлений нагрузки. Однако, если сопротивление нагрузки превышает 10 кОм, даже это моделирование показывает уменьшение тока нагрузки, как в реальной жизни.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector