Стабилизатор тока на полевом транзисторе для светодиода

Радиотехника и электроника

Стабилизатор тока на полевом транзисторе для светодиода

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. Это продолжение статьи http://radio-technica.ru/transformatory/istochnik-fiksirovannogo-toka-ot-teorii-k-praktike.html Различные схемы включения, типы будут рассмотрены в другой статье.

Ограничитель тока соединяется с потребителем. Он позволяет задать ток в цепи, не меняющийся из-за колебаний напряжения питания схемы и изменений характеристик компонентов. Стабилизатор тока – электрический прибор, имеющий два контакта соединения с нагрузкой. В совокупности с обычным блоком питания диодный ограничитель тока образует простой стабилизатор тока. Название сформировалось под влиянием внешнего сходства с диодом.

Батарейка – источник медленно понижающегося  напряжения. Два параллельно соединенных диодных ограничителя фиксируют ток светодиода. Стабилизация тока стабилизирует силу света.
Если на диодном ограничителе напряжение выше 1,73 B, то ток в его цепи ограничивается и остается постоянным до 100 B, здесь произойдет пробой ограничителя. Номинальное отклонение величины тока ограничения 5 %.

Рисунок показывает, как устроить надежное питание светодиода от батарейки. Эта схема лучше, чем схема с применением интегрального стабилизатора напряжения. Важнейшая электрическая характеристика светодиода – номинальный ток, а не напряжение. Поэтому питание стабильным током обеспечивает правильный режим светодиода.

Также следует обратить внимание на важное преимущество. КПД этой схемы выше, а со снижением напряжения батареи устройство прослужит дольше. В отличие от схемы с интегральным стабилизатором напряжения здесь  отсутствует падение напряжения на регулирующем элементе.

График вольт-амперной характеристики полупроводникового прибора подтверждает название диодный ограничитель. Ток ограничивается только при протекании в одном направлении. Ток сквозь диодный ограничитель в обратном направлении у большинства типов допустим до 50 мА и не ограничивается. Это свойство иногда может быть полезным. Существуют типы приборов с погрешностью величины ограничения до 20 %.

Компоненты с током ограничения 10–30 мА имеют с возрастанием напряжения более заметную погрешность ограничения тока чем ограничители, рассчитанные на малые токи. Электрическая цепь из двух параллельно соединенных ограничителей, устанавливающих ток по 6 мА каждый, даст ток точнее, чем один компонент, рассчитанный на 12 мА. При использовании двух штук на 6 мА вместо одного на 12 мА раздвигаются пределы рабочего напряжения, заметно снижается наименьшее напряжение схемы.

Принцип работы диодного ограничителя тока

Ограничитель содержит всего один хорошо знакомый компонент – полевой N канальный транзистор c РN переходом. Зная как работает полевой транзистор легко разобраться в ограничении тока. Затвор и исток у полевика в ограничителе соединены, это один контакт, а сток полевика – другой контакт. Изготовитель проверяет начальный ток стока, являющийся величиной тока ограничения. В зависимости от тока ограничения присваивается тип прибора.

Характеристика транзистора 2П312. Соединение затвора и истока создает условия для протекания по каналу полевика начального тока стока, это изображено на верхних графиках. На остальных кривых стабилизация тока при имеющейся разности потенциалов между стоком и истоком.

Схема ограничителя тока.

Принцип работы ограничителя тока помогают понять графики характеристик полевика в различных режимах. На рисунке представлены характеристики  2П312А и 2П312АБ. Ограничителю требуется напряжение  от величины насыщения транзистора и более по модулю. Различные полевики при такой схеме включения могут ограничивать ток при минимуме напряжения от 0,9 до 2,8 B. При смене полюсов напряжения ток течет через PN переход. Ограничитель тока работает как диод, пропускающий прямой ток.

Ограничитель тока из полевого транзистора 2П312

Резистор между истоком и затвором.

Увеличение разности потенциалов затвора и истока с помощью резистора снижает напряжение насыщения как изображено на графиках характеристик полевика 2П312. При этом снижается ток ограничения, возрастает динамическое сопротивление. Для установки требуемого тока можно сделать ограничитель из полевого транзистора 2П312. По характеристике 2П312 видно, как изменяется ток ограничения с  изменением напряжения между затвором и истоком. Резистор позволяет снизить ток ограничения.

Резистор:

U си нас. – напряжение насыщения между стоком и истоком из характеристики транзистора,

Читайте также  Светодиод с выключателем и батарейкой

I стаб – ток ограничения,

I сток нач. – ток стока начальный.

Ограничитель тока схема улучшена.

Схема с улучшенными характеристиками сложнее. VT1 стабилизирует потенциал на VT2. Верхний по схеме транзистор должен иметь более высокий I сток нач. по сравнению с VT2. Схемы с применением транзисторов сложнее и дороже, чем с применением диодных ограничителей тока. Полевики не дают точно предсказуемый ограничиваемый ток, по сравнению с отсортированными изготовителем диодными ограничителями тока.

С помощью ограничителей легко обеспечить оптимальный ток для работы элементов электрических цепей. Они входят в электрические схемы, надежно работающие в различных условиях.

Рассказ о различных типах диодных ограничителей массово выпускаемых известными производителями, их применение, описание стабилизаторов на токи порядка ампер в следующих статьях.

Денисов П. К., Симферополь

Источник: http://radio-technica.ru/transformatory/prostoj-stabilizator-toka-diodnyj-ogranichitel.html

Стабилизатор тока на транзисторе

Стабилизатор тока на полевом транзисторе для светодиода

В процессе работы электрических сетей постоянно возникает необходимость в стабилизации тока. Данная процедура осуществляется с помощью специальных приборов, в число которых входит стабилизатор тока на транзисторе. Они широко применяются в различных электронных устройствах, а также при зарядке аккумуляторов всех типов. Стабилизаторы используются в интегральных микросхемах в качестве генераторов тока, создавая преобразовательные и усилительные каскады.

Простой стабилизатор тока на транзисторе

Обычные стабилизаторы тока обладают большим выходным сопротивлением, исключая тем самым влияние факторов сопротивления нагрузки и входного напряжения на величину выходного тока. Основным недостатком этих устройств является необходимость использования источника питания с высоким напряжением.

В этом случае стабильность тока достигается применением резисторов с большим сопротивлением. Поэтому мощность, выделяемая резистором (P = I2 x R) при больших значениях токов может стать неприемлемой для нормальной работы системы.

Гораздо лучше зарекомендовали себя стабилизаторы тока на транзисторах, которые выполняют свои функции, независимо от величины входного напряжения.

Наиболее простыми устройствами считаются диодные стабилизаторы. Благодаря им, электрические схемы значительно упрощаются, что приводит к снижению общей стоимости приборов. Работа схем становится более устойчивой и надежной. Эти качества сделали диодные стабилизаторы просто незаменимыми в обеспечении питания светодиодов. Диапазон напряжений, в котором они могут нормально функционировать, составляет 1,8-100 вольт.

За счет этого становится возможным преодолевать импульсные и продолжительные изменения напряжения.

Поэтому свечение светодиодов может быть разной яркости и оттенков, в зависимости от тока, протекающего в цепи. Несколько таких светильников, включенных последовательно, работают в нормальном режиме при участии всего лишь одного диодного стабилизатора. Данная схема может быть легко преобразована, в зависимости от количества светодиодов и питающего напряжения.

Необходимый ток задается стабилизаторами, включенными параллельно в светодиодную цепь.

Как проверить светодиод мультиметром

Такие стабилизаторы установлены во многих конструкциях светодиодных светильников, в том числе применяется и стабилизатор тока на биполярном транзисторе. Это связано со свойствами светодиодов, обладающих нелинейной вольтамперной характеристикой. То есть, когда на светодиоде изменяется напряжение, изменение тока происходит непропорционально. При постепенном увеличении напряжения, вначале наблюдается очень медленное возрастание тока и свечение светодиода отсутствует. После достижения напряжением порогового значения свет появляется и одновременно наблюдается очень быстрый рост тока.

Если напряжение продолжает увеличиваться, наступает критическое возрастание тока, что приводит к сгоранию светодиода. Поэтому значение порогового напряжения всегда указывается в числе характеристик светодиодных источников света. Светодиоды повышенной мощности выделяют много тепла и должны подключаться к специальным теплоотводам.

В связи с широким разбросом порогового напряжения, все светодиоды должны подключаться к источнику питания через стабилизатор. Даже у однотипных светодиодов может быть разное прямое напряжение. Следовательно, при параллельном подключении двух источников света, через них будет проходить разный ток. Отличие может быть настолько велико, что один из светодиодов раньше времени выйдет из строя или сразу сгорит.

С помощью стабилизатора для светодиода устанавливается значение заданного тока, независимо от напряжения, приложенного к схеме. Когда напряжение превышает пороговый уровень, ток, достигнув нужного значения, дальше уже не изменяется. При дальнейшем росте напряжения, оно остается неизменным на светодиоде, а возрастает лишь на стабилизаторе.

Стабилизатор тока на полевом транзисторе схема

Скачки сетевого напряжения очень часто приводят к выходу из строя электроприборов, устройств и прочего оборудования. Для того чтобы предупредить возникновение подобных ситуаций применяются различные стабилизирующие устройства. Среди них широкой популярностью пользуются стабилизаторы тока на полевых транзисторах, обеспечивающие стабильную работу электрооборудования. В быту часто используется стабилизатор постоянного тока своими руками, схема которого позволяет решать основные задачи.

Регулируемый стабилизатор тока

Основной функцией данных устройств является компенсация перепадов и скачков напряжения в сети. Стабилизаторы автоматически поддерживают точно заданные параметры тока. Помимо скачков тока, компенсируется изменение мощности нагрузки и температуры окружающей среды. Например, если мощность, потребляемая оборудованием, возрастет, то соответственно увеличится и потребляемый ток. Как правило это приводит к падению напряжения на сопротивлении проводов и источника тока.

Читайте также  Регулируемый блок питания для светодиодов

Среди многих стабилизирующих устройств, наиболее надежной считается схема стабилизатора тока на полевике, в которой транзистор подключается последовательно с сопротивлением нагрузки. Это вызывает лишь незначительные изменения нагрузочного тока, тогда как значение входного напряжения постоянно меняется.

Для того чтобы знать, как работают такие стабилизаторы, нужно знать устройство и принцип действия полевых транзисторов. Данные элементы управляются электрическим полем, в связи с этим и возникло их название. Само электрическое поле возникает под действием приложенного напряжения, следовательно, все полевые транзисторы являются полупроводниковыми приборами, работающими под управлением напряжения, открывающего каналы этих устройств.

Принцип действия полевого транзистора

Полевой транзистор состоит из трех электродов – истока, стока и затвора. Вход заряженных частиц происходит через исток, а выход – через сток. Закрытие или открытие потока частиц осуществляется с помощью затвора, выполняющего функции крана. Заряженные частицы будут течь лишь при условии напряжения, которое должно быть приложено между стоком и истоком.

Если напряжение отсутствует, то и тока в канале не будет. Следовательно, чем выше подаваемое напряжение, тем больше открывается кран. За счет этого ток в канале между стоком-истоком увеличивается, а сопротивление канала – уменьшается.

Для источников питания предусмотрена работа полевых транзисторов в режиме ключа, обеспечивающая полное открытие или закрытие канала.

Данные свойства позволяют сделать расчет стабилизатора тока на транзисторе, обеспечивающего поддержание токовых параметров на определенном уровне. Использование полевых транзисторов определяет и принцип действия такого стабилизатора. Всем известно, что каждый идеальный источник тока обладает ЭДС, стремящейся к бесконечности и также бесконечно большим внутренним сопротивлением. Это позволяет получить ток с необходимыми параметрами, вне зависимости от сопротивления нагрузки.

Для чего нужен конденсатор

В таком идеальном источнике возникает ток, который остается на одном и том же уровне, несмотря на изменения сопротивления нагрузки. Поддержание тока на неизменном уровне требует постоянного изменения величины ЭДС в диапазоне свыше нуля и до бесконечности. То есть сопротивление нагрузки и ЭДС должны изменяться таким образом, чтобы ток при этом стабильно оставался на том же уровне.

Однако на практике такая идеальная микросхема стабилизатора тока не сможет обеспечить всеми необходимыми качествами. Это связано с тем, что диапазон напряжения на нагрузке сильно ограничен и не поддерживает требуемого уровня тока. В реальных условиях источники тока и напряжения используются совместно.

В качестве примера можно привести обычную сеть, напряжением 220 вольт, а также другие источники в виде аккумуляторов, генераторов, блоков питания и других устройств, вырабатывающих электроэнергию. К каждому из них могут последовательно подключаться стабилизаторы тока на полевых транзисторах.

Выходы этих устройств по сути являются источниками тока с нужными параметрами.

Таким образом, зависимость нагрузки и выходных характеристик полевого транзистора оказывает влияние на значение тока при минимальном и максимальном значении входного напряжения. Однако токовые изменения незначительны и не оказывают отрицательного влияния на потребителей.

Сборка стабилизатора тока из двух транзисторов

Источник: https://electric-220.ru/news/stabilizator_toka_na_tranzistore/2017-05-05-1256

Импульсный стабилизатор тока для светодиодов своими руками

Стабилизатор тока на полевом транзисторе для светодиода

25.10.2013 | Рубрика: Электроника

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. Типичное применение источников тока – питание светодиодов, зарядка аккумуляторов и т.п.

Внимание! Не путайте стабилизатор тока со стабилизатором напряжения! Это может плохо кончиться =)

Простой стабилизатор тока на КРЕНке

Для этого стабилизатора тока достаточно применить КР142ЕН12 или LM317. Это регулируемые стабилизаторы напряжения способные работать с токами до 1,5А, входными напряжениями до 40В и рассеивают мощность до 10Вт (при соблюдении теплового режима).
Схема и применение показаны на рисунках ниже

Стабилизатор тока на КР142ЕН12 (LM317)

Стабилизатор тока на КРЕН в качестве зярядного устройства

Собственное потребление данных микросхем относительно невелико – около 8мА и это потребление практически не меняется при изменении тока протекающего через крен или изменения входного напряжения.

Читайте также  Светодиоды инфракрасного излучения

Как видим, в вышеприведенных схемах, стабилизатор LM317 работает как стабилизатор напряжения, удерживая на резисторе R3 постоянное напряжение, которое можно регулировать в некоторых пределах построечным резистором R2. В данном случае R3 называется токозадающим резистором.

Поскольку сопротивление R3 неизменно, то ток через него будет стабильным. Ток на входе крен будет примерно на 8мА больше.

Таким образом, мы получили простой как веник стабилизатор тока, который может применяться как электронная нагрузка, источник тока для заряда аккумуляторов и т.п.

Интегральные стабилизаторы достаточно шустро реагируют на изменение входного напряжения. Недостаток же такого регулятора тока – весьма большое сопротивление токозадающего резистора R3 и как следствие необходимость применять более мощные и более дорогие резисторы.

Простой стабилизатор тока на двух транзисторах

Достаточно широкое распространение получили простенькие стабилизаторы тока на двух транзисторах. Основной минус данной схемы – не очень хорошая стабильность тока в нагрузке при изменении питающего напряжения. Впрочем, для многих применений сгодятся и такие характеристики.

Далее показана схема стабилизатора тока на транзисторе. В данной схеме токозадающим резистором является R2. При увеличении тока через VT2, увеличится напряжение на токозадающем резисторе R2, которое при величине примерно 0,5…0,6В начинает открывать транзистор VT1. Транзистор VT1 открываясь начинает закрывать транзистор VT2 и ток через VT2 уменьшается.

Стабилизатор тока на транзисторах

Зарядка аккумуляторов

Вместо биполярного транзистора VT2, можно применить MOSFET – полевой транзистор.

Стабилитрон VD1 выбирается на напряжение 8…15В и необходим в случаях, когда напряжение источника питания достаточно велико и может пробить затвор полевого транзистора. Для мощных MOSFET это напряжение составляет порядка 20В. Далее показана схема стабилизатора тока с использованием MOSFET.

Стабилизатор тока на полевом транзисторе

Нужно учитывать, что MOSFET открываются при напряжении на затворе не менее 2В, соответственно увеличивается и напряжение, необходимое для нормальной работы схемы стабилизатора тока. При зарядке аккумуляторов и некоторых других задачах вполне достаточно будет включить транзистор VT1 с резистором R1 непосредственно к источнику питания так, как это показано на рисунке:

Стабилизатор тока на полевом транзисторе

В схемах стабилизатора тока на транзисторах необходимое значение токозадающего резистора для заданного значения тока примерно в два раза меньше, чем в схемах со стабилизатором на КР142ЕН12 или LM317. Это позволяет применить токозадающий резистор меньшей мощности.

Стабилизатор тока на операционном усилителе (на ОУ)

Если необходимо собрать регулируемый в широких пределах стабилизатор тока или стабилизатор тока с токозадающим резистором на порядок или даже два ниже, чем на схемах, показанных ранее, можно применить схему с усилителем ошибки на ОУ (операционном усилителе). Схема такого стабилизатора тока показана на рис:

Стабилизатор тока на операционном усилителе

В данной схеме токозадающим является резистор R7. ОУ DA2.2 усиливает напряжение токозадающего резистора R7 – это усиленное напряжение ошибки. ОУ DA2.1 сравнивает опорное напряжение и напряжение ошибки и регулирует состояние полевого транзистора VT1.

Обратите внимание, что схема требует отдельного питания, подаваемого на разъем XP2. Напряжение питания должно быть достаточным для работы компонентов схемы и не превышать значения напряжения пробоя затвора MOSFET VT1.

В качестве генератора опорного напряжения в схеме на рис. 7 применена микросхема DA1 REF198 с выходным напряжением 4,096В. Это достаточно дорогая микросхема, поэтому ее можно заменить обычной кренкой, а если напряжение питания схемы (+U) является стабильным, то и вовсе обойтись без стабилизатора напряжения в данной схеме. В этом случае переменный резистор R подсоединяется не к REF, а к +U. В случае электронного управления схемой вывод 3 DA2.1 можно подключить непосредственно к выходу ЦАП.

Для настройки схемы необходимо выставить ползунок переменного резистора R1 в верхнее по схеме положение, подстроечным резистором R3 установить необходимое значение тока – это значение будет максимальным. Теперь резистором R1 можно регулировать ток через VT1 от 0 до установленного при настройке максимального тока. Элементы R2, C2, R4 необходимы для предотвращения возбуждения схемы. Из-за этих элементов временные характеристики не являются идеальными, что видно по осциллограмме

Осциллограмма стабилизатора тока на ОУ

На осциллограмме луч 1 (желтый) показывает напряжение нагружаемого ИП (источника питания), луч 2 (голубой) показывает напряжение на токозадающем резисторе R7. Как видно, в течение 80 мкс через схему протекает ток в несколько раз больше установленного.

Источник: https://1000eletric.com/impulsnyy-stabilizator-toka-dlya-svetodiodov-svoimi-rukami/