Схема ограничения тока на полевом транзисторе: Tool Electric: Ограничитель тока на полевике

Схема ограничения тока на полевом транзисторе

В электрических схемах для изменения уровня выходного сигнала используется регулятор напряжения. Основное его назначение — изменять подаваемую на нагрузку мощность. C помощью устройства управляют оборотами электродвигателей, уровнем освещённости, громкостью звука, нагревом приборов. В радиомагазинах можно приобрести готовое изделие, но несложно изготовить регулятор напряжения своими руками. Регулятором напряжения называется электронный прибор, служащий для повышения или понижения уровня выходного сигнала, в зависимости от величины разности потенциалов на его входе.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Иллюстрированный самоучитель по схемотехнике. Ограничитель тока на полевом транзисторе схема
• Бп на полевом транзисторе
• Полупроводниковый прибор — ограничитель тока
• 6. Электронные предохранители и ограничители постоянного и переменного тока
• Стабилизатор тока на полевом транзисторе
• Простые электронные ограничители тока
• Стабилизатор на полевом транзисторе
• Ограничитель тока

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Мосфет вместо диода, синхронный выпрямитель для 50 Гц, простая схема без микросхем !!!

Иллюстрированный самоучитель по схемотехнике.

Ограничитель тока на полевом транзисторе схема

Двухвыводной компонент позволяющий ограничить постоянный ток на уровне от десятых долей миллиампера до десятков миллиампер является простым решением для множества цепей электрических схем. Компонент, о котором пойдет речь в этой статье, повышает устойчивость работы приборов, обладает низкой ценой, позволяет упростить разработку электрических схем и производство множества приборов. Полупроводниковый прибор в большинстве случаев имеет конструкцию корпуса, напоминающую диод малой мощности.

Благодаря наличию всего двух выводов полупроводники этого класса упоминаются в документации производителей как диодные ограничители тока current limiting diodes, CLD встречается также наименование current regulator diodes, CRD. Внутренняя схема ограничителя тока не содержит диодов, такое название закрепилось только благодаря внешнему сходству корпуса прибора с диодом.

Попытаюсь немного восполнить недостаток информации о свойствах и применении диодного ограничителя тока. Вспомним некоторые теоретические сведения для правильного применения прибора. Источники электропитания разделяются на источники ЭДС и источники тока.

Идеализированный источник ЭДС обладает внутренним сопротивлением равным нулю, напряжение на его выходе равно ЭДС и не зависит от выходного тока, обусловленного нагрузкой. Идеализированный источник тока обладает двумя бесконечно большими параметрами: внутренним сопротивлением и ЭДС, которые связаны постоянным отношением — током.

При возрастании сопротивления нагрузки возрастает ЭДС, что позволяет получить требуемый ток в цепи независящий от сопротивления нагрузки. Свойство источника тока, позволяющее получить стабильное значение тока: при изменении сопротивления нагрузки изменяется ЭДС источника тока таким образом, что значение тока остается постоянным.

Существующие источники тока поддерживают ток на требуемом уровне в ограниченном диапазоне напряжения, создаваемого на нагрузке и в небольшом диапазоне сопротивления нагрузки. Идеализированный источник тока рассматривается, а реальный источник тока может работать при нулевом сопротивлении нагрузки. Одним из важных параметров любого источника тока, является диапазон сопротивления нагрузки. В реальности обеспечить ток в диапазоне сопротивления нагрузки от нуля до бесконечности невозможно и ненужно.

К сопротивлению нагрузки прибавляются сопротивления контактов разъемов, проводов, сопротивление других элементов, следовательно, нагрузка с нулевым сопротивлением не существует. Бесконечно большое сопротивление означает, что нагрузка отсутствует и ток не протекает, напряжение на выходных клеммах источника тока равно максимальному значению. Режим замыкания выхода источника тока не является исключением или трудно реализуемой функцией источника тока, это один из режимов работы, в который может безболезненно перейти прибор при случайном замыкании выхода и выйти на режим работы с номинальным сопротивлением нагрузки.

Свойство источника тока обеспечить постоянный ток независимо от сопротивления нагрузки является весьма ценным, благодаря этому свойству существенно повышается надежность системы, в которой он применен.

На практике источник тока — прибор, имеющий в своем составе источник ЭДС. Лабораторный блок питания, аккумулятор, солнечная батарея все это источники ЭДС, поставляющие электроэнергию потребителю.

Последовательно с источником ЭДС включается стабилизатор или ограничитель тока. Выход этой группы последовательно соединенных приборов рассматривается как источник тока, применяющийся для питания электродвигателей, в системах гальванического нанесения покрытий на металлах, создания постоянных магнитных полей, питания обычных, сверхярких, лазерных светодиодов и многих других целей.

Простейший источник тока можно создать, используя диодный ограничитель тока. Величина ограничения тока и точность ограничения соответствуют документации, опубликованной фирмой изготовителем. Постоянство тока при изменении приложенного напряжения отражает динамическое сопротивление. Горизонтальный участок характеристики имеет небольшой наклон, который показывает отношение небольшого изменения напряжения к вызванному им небольшому изменению тока.

Этот параметр носит название динамического сопротивления или дифференциального сопротивления по аналогии с законом Ома. При больших изменениях напряжения ток меняется незначительно, поэтому динамическое сопротивление диодного ограничителя тока измеряется в мегаомах.

Чем выше значение этого параметра, тем лучше диодный ограничитель тока. Диодные ограничители тока выпускаются многими производителями полупроводников. Схемного обозначения и наименование диодных ограничителей тока в соответствии с ГОСТ найти не удалось. В схемах статьи применяется обозначение обычного диода. Ток ограничения может отклоняться от номинального тока на величину до двадцати процентов.

При изменении напряжения от двух вольт до напряжения пробоя ток ограничения также меняется на пять процентов. Чем выше ток ограничения, тем больше отклонение при увеличении напряжения.

Сравнивая графики вольтамперных характеристик идеального источника тока и диодного ограничителя тока заметно отличие при малом напряжении на выводах.

Для нормальной работы диодного ограничителя тока необходимо напряжение более некоторого значения, как правило, это более двух вольт. При возрастании напряжения от нуля до уровня около двух вольт ток возрастает от нуля до величины ограничения тока, соответствующей типу ограничителя. Эта часть вольтамперной характеристики напоминает характеристику резистора. При дальнейшем возрастании напряжения ток не увеличивается — происходит ограничение тока.

Другими словами ток может принимать значения от нуля плавно возрастая до величины ограничения. Чем ниже напряжение, при котором прибор переходит в режим ограничения тока, те удобнее применять его в разрабатываемых схемах. При дальнейшем возрастании напряжения наступит пробой примерно в диапазоне напряжений от пятидесяти до ста вольт в зависимости от типа ограничителя. Горизонтальная часть характеристики имеет наклон, отражающий некоторое изменение величины ограничения тока в зависимости от напряжения.

Чем больше величина напряжения на выводах, тем сильнее величина ограничения тока отличается от паспортных данных тока. Напряжение на полюсах цепи состоящей из нагрузки и диодного ограничителя тока должно быть таким, чтобы обеспечить напряжение на выводах диодного ограничителя более полутора-двух вольт. Рассмотрим цепь, состоящую из диодного ограничителя тока и светодиодов.

При напряжении питания 24 вольта на светодиодах должно быть не более двадцати двух вольт, иначе яркость снизится. Если схема требует уменьшения напряжения на светодиодах до полутора вольт допустим, что нагрузкой является один светодиод , то напряжение на диодном ограничителе составит 22,5 вольта, что позволит ему находится в нормальном режиме работы и ниже критического напряжения пробоя с запасом напряжения для скачков питания.

Так как яркость и оттенок свечения светодиода зависят от протекающего тока, то при включении диодного ограничителя тока в цепь питания светодиода обеспечивается правильный режим и надежность благодаря фиксации тока на требуемом уровне и работе в диапазоне напряжений от двух до ста вольт. Эту схему легко преобразовать в зависимости от светодиодов и напряжения питания. Один или несколько параллельно включенных диодных ограничителей тока в цепь светодиодов зададут ток светодиодов, а количество светодиодов зависит от диапазона изменения напряжения питания.

С помощью диодных источников тока можно построить индикаторный или осветительный прибор, предназначенный для питания от постоянного напряжения, через выпрямитель и фильтр светодиодный светильник подключается к сети переменного напряжения. Использование резистора в цепи питания светодиода индикатора включения системного блока персонального компьютера в сеть приводило к пробою светодиода.

Применение диодного ограничителя тока позволило получить надежную работу индикатора. При этом индикатор подключается к разъему блока питания, что упрощает замену материнской платы Диодные ограничители тока допускается включать параллельно. Требуемый режим питания нагрузок можно получить, меняя тип или включая параллельно требуемое количество этих приборов. При питании светодиода оптопары через резистор пульсации напряжения питания схемы приводят к колебаниям яркости, накладывающимся на фронт прямоугольного импульса.

Применение диодного ограничителя тока в цепи питания светодиода, входящего в состав оптопары, позволяет снизить искажение цифрового сигнала, передаваемого через оптопару и увеличить надежность канала передачи информации. Применение диодного ограничителя тока задающего режим работы стабилитрона позволяет построить простой источник опорного напряжения.

При изменении питающего тока на десять процентов напряжение на стабилитроне меняется на две десятых процента, а так как ток стабилен, то величина опорного напряжения стабильна при изменении питания схемы. Влияние пульсаций питающего напряжения на выходное опорное напряжение уменьшается на сто децибел. Более дешевый источник опорного напряжения можно разработать, если заменить стабилитрон резистором.

Ток фиксирован, следовательно, напряжение на резисторе изменяться не будет. При включении подстроечного резистора последовательно с постоянным резистором появляется возможность точно установить требуемую величину опорного напряжения, что нельзя сделать при использовании стабилитрона.

С помощью диодного ограничителя тока и конденсатора можно получить линейно меняющийся сигнал — напряжение, которое возрастает или убывает с постоянной скоростью. Ток, заряжающий или разряжающий конденсатор пропорционален скорости изменения напряжения на конденсаторе. Если ток фиксирован, то напряжение на конденсаторе изменяется с постоянной скоростью — линейно. Например, если ток ограничения равен один миллиампер, а емкость конденсатора сто микрофарад то через одну секунду напряжение на конденсаторе достигнет величины в десять вольт.

Линейное нарастание тока прекращается, когда напряжение на конденсаторе приближается к напряжению питания цепи с ограничителем тока. Эту времязадающую цепь применяют в схемах пилообразных и треугольных сигналов, в аналого-цифровых преобразователях, устройствах плавного пуска электроприборов и многих других.

Использование диодного ограничителя тока в схеме эмиттерного повторителя в цепи эмиттера увеличивает входное сопротивление транзистора, увеличивает усиление схемы и уменьшает рассеяние тепла при работе транзистора в критических режимах. Основа прибора — полевой транзистор с p-n переходом и n-каналом. Напряжение затвор-исток определяет ток стока. При соединении затвора с истоком ток через транзистор равен начальному току стока, который течет при напряжении насыщения между стоком и истоком.

Поэтому для нормальной работы диодного ограничителя тока напряжение, приложенное к выводам должно быть больше некоторого значения, равного напряжению насыщения полевого транзистора. Полевые транзисторы имеют большой разброс начального тока стока, точно эту величину предсказать нельзя.

Дешевые диодные ограничители тока представляют собой отобранные по току полевые транзисторы, у которых затвор соединен с истоком. Для уменьшения тока ограничения и увеличения динамического сопротивления в истоковую цепь включается резистор автоматического смещения, задающий обратное смещение затвора.

При изменении напряжения приложенного между стоком и истоком от насыщения до пробоя ток почти не изменяется. Для получения тока ограничения требуемой величины сопротивление R резистора вычисляется по формуле: где: Uси нас. Выходная характеристика полевого транзистора с p-n переходом КПА и n-каналом. При смене полярности напряжения диодный ограничитель тока превращается в обычный диод.

Это свойство обусловлено тем, что p-n переход полевого транзистора оказывается смещенным в прямом направлении и ток течет по цепи затвор-сток. Максимальный обратный ток некоторых диодных ограничителей тока может достигать сто миллиампер. Для стабилизации токов величиной 0, ампер и более можно применить схему, главный элемент которой мощный транзистор.

Диодный ограничитель тока стабилизирует напряжение на резисторе Ом и на базе транзистора. Изменение резистора R1 от 0,2 до10 Ом устанавливает ток, поступающий в нагрузку. Выбор тока стабилизации схемы ограничивает максимальный ток транзистора или максимальный ток источника питания. Применение диодного ограничителя тока с наиболее возможным номинальным током стабилизации улучшает стабильность выходного тока схемы, но при этом нельзя забывать о минимально возможном напряжении работы диодного ограничителя тока.

Изменение резистора R1 на Ом значительно меняет величину выходного тока схемы. Этот резистор должен иметь большую мощность рассеяния тепла, изменение сопротивления из-за нагрева приведет к отклонению выходного тока от заданного значения. Резистор R1 лучше собрать из нескольких параллельно включенных мощных резисторов.

Резисторы, примененные в схеме должны иметь минимальное отклонение сопротивления при изменении температуры. При построении регулируемого источника стабильного тока или для точной настройки выходного тока резистор Ом можно заменить переменным. Для улучшения стабильности тока транзистор усиливается вторым транзистором меньшей мощности. Транзисторы соединяются по схеме составного транзистора.

Бп на полевом транзисторе

Для питания собираемых конструкций радиолюбители нередко используют простейшие блоки, состоящие из понижающего трансформатора и выпрямителя с конденсатором фильтра. И, конечно, в таких блоках нет никакой защиты от короткого замыкания КЗ в нагрузке, хотя оно подчас приводит к выходу из строя выпрямителя и даже трансформатора. Применять в таких блоках питания в качестве элемента защиты плавкий предохранитель не всегда удобно, да и, кроме того, быстродействие у него невысокое. Один из вариантов решения проблемы защиты от КЗ — включение последовательно с нагрузкой полевого транзистора средней мощности с встроенным каналом. Дело в том, что на вольт-амперной характеристике такого транзистора есть участок, на котором ток стока не зависит от напряжения между стоком и истоком. Поэтому на этом участке транзистор работает как стабилизатор ограничитель тока. Схема подключения транзистора к блоку питания приведена на рис.

Максимальный постоянный ток через полевой транзистор (взял первый попавшийся из своей схемы), работающий в ключевом режиме, но со сноской, что это ограничение корпуса, т.е. ток, больше чем этот.

Полупроводниковый прибор — ограничитель тока

Двухвыводной компонент позволяющий ограничить постоянный ток на уровне от десятых долей миллиампера до десятков миллиампер является простым решением для множества цепей электрических схем. Компонент, о котором пойдет речь в этой статье, повышает устойчивость работы приборов, обладает низкой ценой, позволяет упростить разработку электрических схем и производство множества приборов. Полупроводниковый прибор в большинстве случаев имеет конструкцию корпуса, напоминающую диод малой мощности. Благодаря наличию всего двух выводов полупроводники этого класса упоминаются в документации производителей как диодные ограничители тока current limiting diodes, CLD встречается также наименование current regulator diodes, CRD. Внутренняя схема ограничителя тока не содержит диодов, такое название закрепилось только благодаря внешнему сходству корпуса прибора с диодом. Попытаюсь немного восполнить недостаток информации о свойствах и применении диодного ограничителя тока. Вспомним некоторые теоретические сведения для правильного применения прибора.

6. Электронные предохранители и ограничители постоянного и переменного тока

Современного человека в быту и на производстве окружает большое количество электротехнических приборов и оборудования. Для устойчивой, стабильной работы всей этой техники требуется бесперебойная подача электроэнергии. Однако из-за скачков сетевого напряжения, приборы довольно часто выходят из строя. Во избежание подобных ситуаций, применяются специальные устройства, в том числе и стабилизатор тока на полевом транзисторе. Его использование гарантирует нормальную работу электротехники, предотвращает аварии и поломки.

Пропускать максимальный постоянный ток в открытом состоянии — это очень редкий случай. В более общих случаях считается мощность, выделяемая на транзисторе, потом уже по тепловому сопротивлению junction to case и тепловому сопротивлению радиаторов, имеющихся в магазе, рассчитывается конечная температура.

Стабилизатор тока на полевом транзисторе

Бывают случаи, когда необходимо пропускать стабильный ток через светодиоды, ограничить ток зарядки аккумуляторов или испытать источник питания, а реостата под рукой нет. В этом, и не только, случае помогут специальные схемотехнические решения ограничивающие, регулирующие и стабилизирующие ток. Далее подробно рассмотрены схемы стабилизаторов и регуляторов тока. Источники тока, в отличие от источников напряжения, стабилизируют выходной ток, изменяя выходное напряжение так, чтобы ток через нагрузку всегда оставался одинаковым. Таким образом, источник тока отличается от источника напряжения, как вода отличается от суши.

Простые электронные ограничители тока

Ощутимым недостатком плавких предохранителей является их одноразовость, необходимость последующей ручной замены на другой предохранитель, рассчитанный на тот же ток защиты. Зачастую, когда под рукой нет подходящего, используют предохранители на другой ток или более того, ставят самодельные суррогатные предохранители или просто массивные перемычки, что крайне негативно отражается на надежности работы аппаратуры и небезопасно в пожарном отношении. Обеспечить автоматическую многоразовую защиту устройства и одновременно повысить ее быстродействие можно за счет использования электронных предохранителей. Эти устройства можно подразделить на два основных класса: первые из них самовосстанавливают цепь питания после устранения причин аварии, вторые — только после вмешательства человека. Известны также устройства с пассивной защитой — при аварийном режиме они только индицируют световым или звуковым сигналом о наличии опасной ситуации. Для защиты радиоэлектронных устройств от перегрузок по току обычно используют резистивные или полупроводниковые датчики тока, включенные последовательно в цепь нагрузки. Как только падение напряжения на датчике тока превысит заданный уровень, срабатывает защитное устройство, отключающее нагрузку от источника питания. Преимуществом такого способа защиты является то, что величину тока срабатывания защиты можно легко изменять.

Ограничение предельного тока нагрузки при помощи полевого Схема электронного предохранителя на полевом транзисторе VT1.

Стабилизатор на полевом транзисторе

Источники тока делятся на две категории: ограничители и стабилизаторы. Самый простой, недорогой способ задать ток в цепи это применить специальный двухконтактный прибор, ограничивающий проходящий сквозь него постоянный ток. Здесь поясняется как устроен и как он работает.

Ограничитель тока

В настоящее время оценка уровня накопленных усталостных повреждений при циклических деформациях проводится разрушающим методом по результатам усталостных испытаний образцов, вырезанных из реальных конструкций или модельных образцов. Однако вырезка образцов из реальных объектов приводит к нарушению целостности конструкции, а определение уровня накопленных усталостных повреждений на модельных образцах приводит к искажению результатов из-за неизбежных различий многочисленных факторов. Поэтому большое внимание уделяется определению уровня накопленных усталостных повреждений неразрушающими методами. Разработан интроскоп и датчик для оценки поврежденного и напряженно деформированного состояния конструкций, основанный на измерении потерь на перемагничивание в металле [1—3]. Принцип действия интроскопа основан на том факте, что если ферромагнитный материал подвергается периодическому перемагничиванию, то в нем возникают потери энергии на гистерезис и вихревые токи [1].

Подавляющее большинство этих транзисторов предназначено для работы в импульсных цепях, но, тем не менее, их можно с успехом применять и в аналоговых схемах.

Есть блок питания с выходом на постоянное напряжение 12В и максимальный ток 3А. Вот требуется к нему ограничитель тока с плавной регулировкой от 0 до 3А. Подскажите пожалуйста несложную схемку для его реализации! Мы принимаем формат Sprint-Layout 6! Экспорт в Gerber из Sprint-Layout 6. Конденсаторы Panasonic.

Для питания различных транзисторных конструкций решил собрать блок питания далее — БП со стабилизатором на полевых транзисторах, так как они имеют малое падение напряжения при больших токах в нагрузку. Узел ограничения тока в нагрузку позволяет уменьшить последствия после аварийных ситуаций, а надеяться только на один предохранитель не очень разумно. Перед сборкой стабилизатора, показалось, что из-за него возможна просадка выходного напряжения. Все-таки, мне не повезло.

Базовая схема источника стабилизированного тока на MOSFET транзисторах

Добавлено 4 января 2020 в 22:18

Рассмотрим простую версию схемы, которая имеет важное значение в разработке аналоговых интегральных микросхем.

Вспомогательная информация

• Биполярные транзисторы: токовые зеркала
• Схемы на дискретных полупроводниковых элементах: токовое зеркало
• Полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET)

Что за источник тока?

Источники стабилизированного тока занимают видное место в заданиях по анализу цепей и теориях цепей, а затем, кажется, они более или менее исчезают… если вы не разработчик микросхем. Хотя источники тока редко встречаются в типовых проектах печатных плат, они широко распространены в мире аналоговых микросхем. Это потому, что они используются 1) для смещения и 2) в качестве активных нагрузок.

1. Смещение: транзисторы, работающие как усилители в линейном режиме, должны быть смещены так, чтобы они работали в нужной части своей передаточной характеристики. Лучший способ реализовать это в контексте разработки микросхем – это заставить заданный ток течь через сток транзистора (для MOSFET) или коллектора (для биполярного транзистора). Этот заранее определенный ток должен быть стабильным и независимым от напряжения на компоненте источника тока. Конечно, ни одна реальная схема никогда не будет абсолютно стабильной или абсолютно невосприимчивой к изменениям напряжения, но, как это обычно бывает в инженерном деле, совершенство не совсем необходимо.
2. Активные нагрузки: В схемах усилителей вместо коллекторных/стоковых резисторов могут использоваться источники тока. Эти «активные нагрузки» обеспечивают более высокий коэффициент усиления по напряжению и позволяют цепи работать должным образом при более низком напряжении питания. Кроме того, технология изготовления микросхем отдает предпочтение транзисторам по сравнению с резисторами.

В данной статье я буду ссылаться на выход источника тока как на «ток смещения» или I_смещ, потому что я считаю, что использование в качестве смещения является более простым средством для изучения основных функций этой схемы.

Схема источника стабилизированного тока на MOSFET транзисторах

Ниже показана базовая схема источника стабилизированного тока на MOSFET транзисторах:

Рисунок 1 – Базовая схема источника стабилизированного тока на MOSFET транзисторах

На мой взгляд, она удивительно проста – два NMOS-транзистора и один резистор. Давайте посмотрим, как она работает.

Как видите, сток Q₁ накоротко замкнут с затвором. Это означает, что V_затвор = V_сток (V_G = V_D), и, следовательно, V_{затвор-сток} = 0 В (V_GD = 0 В). Итак, Q₁ находится в области отсечки, области триода или области насыщения? Он не может быть заперт, потому что, если ток не протекает через канал, напряжение на затворе будет равно напряжению питания (V_DD), и, следовательно, V_{затвор-исток} (V_GS) будет больше, чем пороговое напряжение V_порог (можно смело предположить, что V_DD выше, чем V_порог). Это означает, что Q₁ всегда будет в режиме насыщения (также называемом «активным» режимом), потому что V_{затвор-сток} = 0 В, и одним из способов выражения условия насыщения MOSFET транзистора является то, что V_{затвор-сток} должно быть меньше, чем V_порог.

Если вспомнить, что через затвор полевого MOSFET транзистора не течет устойчивый ток, мы можем увидеть, что опорный ток I_опор будет равен току стока Q₁. 2\]

На данный момент мы игнорируем модуляцию длины канала; следовательно, как показывает формула, ток стока не зависит от напряжения сток-исток. Теперь обратите внимание, что истоки у обоих полевых транзисторов подключены к земле, и что их затворы замкнуты вместе – иными словами, оба имеют одинаковое напряжение затвор-исток. Таким образом, если предположить, что оба устройства имеют одинаковые размеры канала, их токи стока будут одинаковыми, независимо от напряжения на стоке Q₂. Это напряжение обозначено как V_ит, что означает напряжение на компоненте источника тока; это помогает напомнить нам, что Q₂, как и любой хорошо работающий источник тока, генерирует ток смещения, который не зависит от напряжения на его клеммах. Еще один способ сказать это – Q₂ имеет бесконечное выходное сопротивление:

Рисунок 2 – Q₂ имеет бесконечное выходное сопротивление

В этих условиях ток никогда не протекает через выходное сопротивление R_вых, даже если V_ит очень велико. Это означает, что ток смещения всегда в точности равен опорному току.

Распространенным названием для этой схемы является «токовое зеркало». Вы, вероятно, можете понять, почему – ток, генерируемый правым транзистором является зеркальным отражением (т.е. равным) опорному току, протекающему через левый транзистор. Это название особенно подходит, когда вы принимаете во внимание визуальную симметрию, демонстрируемую представлением типовой схемы.

Кстати, для старых микросхем часто требовался внешний резистор для R_настр. Однако в настоящее время производители используют встроенные резисторы, которые обрезаются при производстве для достижения достаточной точности.

Важность пребывания транзистора в режиме насыщения

Первым серьезным вызовом этому идеализированному анализу данной схемы является тот факт, что всё разваливается, когда транзистор не находится в режиме насыщения. Если Q₂ находится в области триода (т.е. в линейной), ток стока будет сильно зависеть от V_{сток-исток} (V_DS). Другими словами, у нас больше нет источника тока, потому что на ток смещения влияет V_ит. Мы знаем, что напряжение затвор-сток Q₂, чтобы поддерживать насыщение, должно быть меньше порогового напряжения.

Другой способ сказать это: Q₂ покинет область насыщения, когда напряжение стока станет на V_порог вольт ниже, чем напряжение затвора. Мы не можем указать точное число, потому что и напряжение на затворе, и пороговое напряжение будут варьироваться от одной реализации к другой.

Пример: напряжение затвора, необходимое для генерации требуемого тока смещения, составляет около 0,9 В, а пороговое напряжение составляет 0,6 В; это означает, что мы можем поддерживать насыщение до тех пор, пока V_ит остается выше ~ 0,3 В.

Модуляция длины канала

К сожалению, даже когда проект нашей итоговой схемы гарантирует, что Q₂ всегда будет в насыщении, наш источник тока на MOSFET транзисторах будет не совсем идеален. Виновником является модуляция длины канала.

Суть области насыщения заключается в «отсечке» канала, который существует, когда напряжение затвор-сток не превышает пороговое напряжение.

Рисунок 3 – Отсечка канала

Идея состоит в том, что ток стока становится независимым от V_ит после того, как канал отсекается, потому что дальнейшее увеличение напряжения стока не влияет на форму канала. Однако в действительности увеличение V_ит заставляет «точку отсечки» перемещаться к истоку, и это позволяет напряжению стока оказывать небольшое влияние на ток стока, даже когда полевой транзистор находится в насыщении. Результат можно представить следующим образом:

Рисунок 4 – Влияние перемещения «точки отсечки»

I_смещ теперь является суммой I_опор (определяется R_настр) и I_ошибки (ток, протекающий через выходное сопротивление). I_ошибки подчиняется закону Ома: более высокое V_ит означает больший I_ошибки и, следовательно, больший I_смещ, и, таким образом, источник тока больше не независим от напряжения на его клеммах. 2\]

Ток стока прямо пропорционален отношению ширины к длине, и, таким образом, мы можем увеличить или уменьшить I_смещ, просто сделав отношение W/L в Q₂ выше или ниже, чем в Q₁. Например, если мы хотим, чтобы ток смещения был в два раза больше опорного тока, все, что нам нужно сделать, это сохранить длины каналов одинаковыми и увеличить ширину канала в Q₂ 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 микросхем).

Также очень просто использовать эту схему для «токового управления». Следующая схема иллюстрирует концепцию токового управления:

Рисунок 5 – Токовое управление

Это включение MOSFET транзисторов позволяет генерировать множество токов смещения от одного опорного тока. Более того, каждый из этих токов может быть разным – их можно индивидуально изменять, просто регулируя соотношения ширины канала к его длине.

Заключение

Мы рассмотрели работу и возможности базовой схемы источника стабилизированного тока на MOSFET транзисторах, а также обсудили ее ограничения. Как следует из прилагательного «базовый», существуют лучшие схемы. Но базовая схема – хорошая отправная точка, потому что двухтранзисторное токовое зеркало остается основным ядром схем с более высокой производительностью.

Оригинал статьи:

• Robert Keim. The Basic MOSFET Constant-Current Source

Теги

MOSFET / МОП транзисторИсточник токаМодуляция длины каналаСтабилизатор токаТоковое зеркало

Оглавление

Вперед

Цепь ограничения тока MOSFET

Загрузите файл MultiSim 14.0.

Описание

Эта схема обеспечивает выходное напряжение постоянного тока с ограничением по току. Как показано,
схема ограничивает выходной ток максимум до 1,4 А и включает визуальную
индикатор состояния ограничения тока. При нормальной работе (т.е.
ток меньше предельного значения) МОП-транзистор должен быть полностью включен. Как
нагрузка увеличивается (сопротивление нагрузки уменьшается) до точки, в которой ток
предел достигнут, схема должна уменьшить выходное напряжение, чтобы обеспечить выходной ток
проектный предел не превышен.

Детали конструкции — Как это работает

Смещение МОП-транзистора

На схеме R2 и R3 образуют делитель напряжения, обеспечивающий смещение
к Q2. Напряжение питания для этой схемы 40В. От
даташит на IRF5210, минимальный гейт
к напряжению источника $V_{GS} = -20V$. Так как напряжение на затвор подается с делителя
сеть, у нас есть:
\[\frac{40R_3}{(R_2+R_3)} — 40 > -20 \]
Упрощение:
\[\frac{40R_3}{(R_2+R_3)} > 20 \text{ или } 40R_3 > 20(R_2+R_3)\] Следовательно, $$20R_3 > 20R_2 \text{ или }
R_2 \frac{1}{3}R_3$$
Это дает следующий диапазон для R2:
$$\фракция{1}{R_3}

Ограничение тока

Токоограничивающие возможности схемы обеспечиваются смыслом
резистор $R_1$ в связке с 2N3906
PNP-транзистор, Q1. Падение напряжения будет развиваться на чувствительном резисторе $R_1$, т.к.
ток, $I_L$, проходит от положительного напряжения питания через Q2 к нагрузке. Это падение напряжения определяется законом Ома как
$I_LR_1$ и появляется на перекрестке $V_{EB}$ Q1.

Транзистор Q1 будет оставаться закрытым до тех пор, пока напряжение между его эмиттером и базой не превысит пороговое значение.
прямое падение диода между эмиттером и базой (примерно 0,7 В). Следовательно, из
Закон Ома, значение тока через $R_1$, при котором эмиттер Q1 будет базироваться
напряжение превышает падение на диоде 0,7 В: $ 0,7 В = 0,5I_L$ или $I_L=1,4A$.
Как это ограничивает ток, $I_L$? При увеличении $V_{EB}$ выше
.7V, ток начинает течь с коллектора Q1 и через $R_3$ на землю.
Следовательно, суммарный ток, проходящий через $R_3$, увеличивается
на сумму, предоставленную сборщиком
Q1. Чистым эффектом увеличения тока через $R_3$ является (опять же, по закону Ома) увеличение затвора
напряжения Q2, и, следовательно, увеличение $V_{GS}$
Напряжение. $V_{GS}$ будет продолжать расти, пока не приблизится к $V_T$.
в этот момент Q2 начнет отключаться, уменьшая ток нагрузки $I_L$ и, следовательно, ток коллектора.
ток Q1; тем самым снижая напряжение $V_{GS}$.
В конечном итоге будет достигнут баланс, при котором Q2 подает достаточный ток для
укажите значение $V_{GS}$, которое ограничивает $I_L$ примерно до 1,4 А.

Индикатор ограничения тока

Транзисторы Q3 и
Q4 в сочетании с
Светодиод D2 и ограничительный резистор R5 образуют вспомогательный индикатор ограничения тока.
схема. Поведение подсхемы индикатора ограничения тока аналогично
схема ограничения тока, описанная выше, в том, что коллектор Q3 обеспечивает
тока к основанию Q4 в ответ на увеличение $V_{EB}$
напряжение Q3 по мере увеличения тока через измерительный резистор R1.
Обратите внимание, что 2Н4923 был выбран для Q4, а не 2N3904 из-за напряжения между коллектором и эмиттером.

Выходной ток в зависимости от нагрузки

На приведенном ниже графике показан ток через резистивную нагрузку (зеленая кривая), напряжение исток-сток (голубая кривая) и напряжение затвор-исток.
(темно-синяя кривая) при изменении сопротивления нагрузки.

Судя по графику, напряжение затвор-исток ниже напряжения включения при высокоомной нагрузке. (т. е. MOSFET полностью включен)
По мере уменьшения сопротивления нагрузки (движение влево на графике) ток через нагрузку
начинает увеличиваться, и напряжение затвора начинает увеличиваться до тех пор, пока напряжение затвор-исток не уменьшится
до точки, где ток нагрузки ограничивается примерно 1,4 А, поскольку резистивная нагрузка продолжает уменьшаться.
Дальнейшее уменьшение сопротивления нагрузки приводит к увеличению напряжения между истоком и стоком, сохраняя ток 1,4 А через нагрузку.

Объяснение 2 лучших схем ограничителя тока

В посте объясняются 2 простые универсальные схемы контроллера тока, которые можно использовать для безопасной работы любого желаемого светодиода высокой мощности.

Описываемая здесь универсальная схема ограничения тока светодиодов высокой мощности может быть интегрирована с любым грубым источником питания постоянного тока для получения выдающейся защиты от перегрузки по току для подключенных светодиодов высокой мощности.

Содержание

Почему ограничение тока имеет решающее значение для светодиодов

Мы знаем, что светодиоды являются высокоэффективными устройствами, способными производить ослепляющее освещение при относительно низком потреблении, однако эти устройства очень уязвимы, особенно к теплу и току, которые являются взаимодополняющими параметрами и влияют на работу светодиода.

Применительно к светодиодам высокой мощности, которые выделяют значительное количество тепла, вышеперечисленные параметры становятся критически важными.

Если светодиод питается от более высокого тока, он будет нагреваться сверх допустимого и разрушаться, и наоборот, если рассеивание тепла не контролировать, светодиод начнет потреблять больше тока, пока не разрушится.

В этом блоге мы изучили несколько универсальных микросхем для рабочих лошадей, таких как LM317, LM338, LM196 и т. д., которым приписывают множество выдающихся возможностей регулирования мощности.

LM317 предназначен для работы с токами до 1,5 ампер, LM338 рассчитан на ток до 5 ампер, а LM196 предназначен для генерирования тока до 10 ампер.

Здесь мы используем эти устройства для ограничения тока для светодиодов самыми простыми способами:

Первая схема, приведенная ниже, сама по себе проста, используя всего один рассчитанный резистор, ИС можно сконфигурировать как точный регулятор тока или ограничитель.

ИЗОБРАЖЕНИЕ ВЫШЕУКАЗАННОЙ ЦЕПИ

Расчет резистора ограничения тока

На рисунке показан переменный резистор для настройки управления током, однако R1 можно заменить постоянным резистором, вычислив его по следующей формуле:

R1 (ограничительный резистор) = Vref/ток

или R1 = 1,25/ток.

Мощность R1 = R x I ²

Ток может быть разным для разных светодиодов и может быть рассчитан путем деления оптимального прямого напряжения на его мощность, например, для светодиода мощностью 1 Вт ток будет равен 1/ 3.3 = 0,3 ампер или 300 мА, ток для других светодиодов можно рассчитать аналогичным образом.

Приведенная выше цифра поддерживает максимальный ток 1,5 А. Для больших диапазонов тока микросхему можно просто заменить на LM338 или LM196 в соответствии со спецификациями светодиода.

Прикладные схемы

Изготовление светодиодной лампы с регулируемым током.

Приведенная выше схема может быть очень эффективно использована для создания прецизионных цепей светодиодных трубок с регулируемым током.

Ниже показан классический пример, который можно легко изменить в соответствии с требованиями и спецификациями светодиодов.

Схема драйвера светодиода постоянного тока мощностью 30 Вт

Предположим, что светодиоды рассчитаны на 3,3 В, 10 Вт, а вход питания равен 12 В.

Ток светодиода становится = 10 / 3,3 = 3 ампер рассчитывается по формуле

R1 = 1,25 / 3 = 0,41 Ом

Мощность = R x I ² = 0,41 x 3 x 3 = 3,69 Вт или 4 Вт

следующую формулу:

R = (напряжение питания – общее прямое напряжение светодиода) / ток светодиода

R (ватт) = (напряжение питания – общее прямое напряжение светодиода) x ток светодиода

R = [12 — (3,3+ 3,3+3,3)]/3 ампер

R= (12 — 9,9)/3

R = 0,7 Ом

R Вт = V x A = (12 — 9,9) x 3 = 2,1 x 3 = 6,3 Вт

Ограничение Ток светодиода с использованием транзисторов

Если у вас нет доступа к микросхеме LM338 или устройство недоступно в вашем регионе, вы можете просто настроить несколько транзисторов или биполярных транзисторов и сформировать эффективную схему ограничения тока для вашего светодиода.

Схему схемы управления током на транзисторах можно увидеть ниже. Конструкция является примером ограничителя тока светодиода мощностью 100 Вт с входным напряжением 35 В и максимальным ограничением тока 2,5 А.

PNP Вариант вышеуказанной схемы

Как рассчитать резисторы

Для определения R1 можно использовать следующую формулу:

R1 = (Us — 0,7)Hfe/ток нагрузки,

, где Us = напряжение питания, Hfe = усиление прямого тока T1, ток нагрузки = ток светодиода = 100 Вт/35 В = 2,5 ампер

R1 = (35 — 0,7)30/2,5 = 410 Ом,

Мощность резистора выше будет P = V ² / R = 35 x 35 / 410 = 2,98 или 3 Вт

R2 может быть рассчитано, как показано ниже:

R2 = 0,7/ток светодиода более эффективны, чем BJT, с точки зрения работы с более высоким током и мощностью. поэтому для приложений, требующих сильного ограничения тока, для нагрузок с высокой мощностью вместо T1 можно использовать полевой МОП-транзистор.

Нагрузочная способность MOSFET по току будет зависеть от его номиналов V _DS и I _DS в зависимости от температуры корпуса. Это означает, что полевой МОП-транзистор сможет выдержать величину тока, определяемую произведением его V _DS x I _DS , при условии, что температура корпуса не превышает 40 градусов Цельсия.

Это может показаться практически невозможным, поэтому фактический лимит будет определяться суммой V _DS и I _DS , что позволяет устройству работать ниже отметки 40 градусов Цельсия.

Вышеупомянутые схемы ограничения тока на основе BJT можно модернизировать, заменив T1 на MOSFET, как показано ниже:

Расчет номинала резистора останется таким же, как описано выше для версии BJT

Цепь ограничения переменного тока

We может легко преобразовать описанный выше фиксированный ограничитель тока в универсальную схему ограничителя переменного тока.

Использование транзистора Дарлингтона

В этой схеме регулятора тока используется пара Дарлингтона T2/T3, соединенная с T1 для реализации контура отрицательной обратной связи.

Работу можно понять следующим образом. Допустим, входной источник тока I начинает расти из-за высокого потребления нагрузкой по какой-то причине. Это приведет к увеличению потенциала на резисторе R3, что приведет к увеличению потенциала базы/эмиттера T1 и к проводимости на его коллекторе-эмиттере. Это, в свою очередь, приведет к тому, что базовое смещение пары Дарлингтона станет более обоснованным. Из-за этого увеличение тока будет противодействовать и ограничиваться нагрузкой.

Включение подтягивающего резистора R2 гарантирует, что T1 всегда проводит с постоянным значением тока (I), как устанавливается по следующей формуле. Таким образом, колебания напряжения питания не влияют на действие схемы по ограничению тока.

R3 = 0,6 / I

Здесь I — ограничение тока в амперах в соответствии с требованиями приложения.

Еще одна простая схема ограничения тока

В этой концепции используется простая схема с общим коллектором биполярного транзистора.