Идеальный источник тока должен отдавать потребителям всегда стабильный ток без скачков и перепадов. На практике же такая ситуация практически невозможна. Чаще всего в цепях питания используются элементы, обеспечивающие постоянное напряжение, то есть при подключении мощной нагрузки сила тока проседает.
Для того, чтобы компенсировать скачки тока при различных нагрузках, применяются стабилизаторы тока.
Стабилизатор тока (далее СТ) – это часть схемы или отдельное устройство, которое поддерживает ток на заданном уровне.
Виды стабилизаторов тока
Наиболее распространены в использовании следующие типы стабилизаторов:
1.На резисторе (сопротивлении);
2.На диодах;
3.На одном транзисторе;
4.На двух транзисторах;
5.На микроконтроллерах.
В первом случае фактически работающим элементом является сильное сопротивление (резистор), которое позволяет нивелировать колебания силы тока при подключении различных видов полезной нагрузки после него (рис. 1).
Рис. 1. Схема подключения
Однако, такой подход подойдет не во всех случаях (требуется высокое напряжение на источнике питания, при большой силе тока резистор будет изрядно нагреваться). Аналогичные проблемы есть и у простейших диодных стабилизаторов.
Наиболее логично управлять током с помощью транзисторов. На них мы и остановимся ниже. Такой подход выгоден не только с точки зрения экономии на стоимости составляющих элементов, но и с позиции тонкой настройки схемы под свои нужды (например, схемы на готовых микроконтроллерах не могут изменять выходных параметров в требуемом диапазоне, они работают только в фиксированных пределах, а значит, изменение под свои нужды будет затруднительным, так как необходимо применение дополнительных элементов для управления уровнем тока).
Применение стабилизаторов тока на транзисторе
Где может понадобиться стабильный ток? Чаще всего это схемы питания:
1.Светодиодов (автомобильные фары, ленты освещения, рекламные табло, новогодние гирлянды),
2.Паяльных станций,
3.Зарядных устройств (для бытовых аккумуляторов, автомобильных и т.п.),
4.И т.п.
Схема стабилизатора тока на одном транзисторе
Рис. 2. Схема стабилизатора тока на одном транзисторе
Логика работы очень проста:
1.Ток нивелируется высокоомным резистором R2 (около 200 Ом), а задающим является низкоомный резистор R1 (1-10 Ом).
2.Связка R2 D2 применяется в качестве делителя напряжения, только вместо второго резистора используется стабилитрон (он обеспечивает дополнительную стабилизацию управляющего тока на базе транзистора).
3.В нормальном режиме ток проходит на нагрузку практически без изменений.
4.При изменении тока на базе транзистора будет нивелироваться и выходной ток на катоде, он останется слабочувствительным к колебаниям на эмиттере. То есть, на нагрузку будет подаваться достаточная сила тока даже при колебаниях напряжения на источнике питания.
Сопротивление R1 может сильно нагреваться в процессе работы, поэтому этот элемент лучше всего выполнить из нескольких резисторов. Последние должны быть не чувствительны к температурному режиму работы. Именно R1 задает выходной ток, поэтому от его калибровки будут зависеть ключевые параметры всей схемы.
Сопротивление R2 может быть заменено переменным резистором для подстройки порога насыщения транзистора. Таким образом можно будет настроить уровень выходного тока.
Диод (стабилитрон) D1 может быть заменен сопротивлением.
В качестве биполярного транзистора можно использовать один КТ818 или связку из нескольких, соединенных по схеме составного транзистора.
Указанная схема подойдет для стабилизации токов в диапазоне 0.5-5 А при напряжении питания от 9 до 45 В.
Схема на двух транзисторах
Этот способ соединения транзисторов еще называют "токовое зеркало".
Схема выглядит следующим образом.
Рис. 3. Схема на двух транзисторах
По факту, здесь транзистор VT2 имеет соединенные между собой базу и коллектор, поэтому его функционал сопоставим с классическим диодом.
На деле же идентичность параметров обоих транзисторов позволяет лучше управлять (нивелировать) коллекторным током на основном элементе VT1. А в остальном логика работы аналогична предыдущей схеме (на одном транзисторе с диодным делением).