Простой источник питания с регулируемым напряжением
Что делает источник питания?
Вначале необходимо понять назначение источника питания.
• Он должен преобразовывать переменный ток, полученный из сети переменного тока, в постоянный ток.
• Он должен выдавать напряжение по выбору пользователя, в диапазоне от 2 В до 25 В.
Основные преимущества:
• Недорогой.
• Простой и удобный в применении.
• Универсальный.
Список необходимых компонентов
1. Понижающий трансформатор на 2 А (с 220 В до 24 В).
2. Регулятор напряжения lm317 IC с радиатором теплообменника.
3. Конденсаторы (поляризованные):
2200 микрофарад 50 В;
100 микрофарад 50 В;
1 микрофарада 50 В.
(замечание: номинал напряжения конденсаторов должен быть выше напряжения, подаваемого на их контакты).
4. Конденсатор (неполяризованный): 0.1 микрофарад.
5. Потенциометр 10 кОм.
6. Сопротивление 1 кОм.
7. Вольтметр с ЖК-дисплеем.
8. Плавкий предохранитель 2.5 А.
9. Винтовые зажимы.
10. Соединительный провод с вилкой.
11. Диоды 1n5822.
12. Монтажная плата.
Составление электрической схемы
• В верхней части рисунка трансформатор подключен к сети переменного тока. Он понижает напряжение до 24 В, но при этом ток остается переменным с частотой 50 Гц.
• В нижней половине рисунка показано соединение четырех диодов в мост выпрямителя. Диоды 1n5822 пропускают ток при прямом смещении, и блокируют прохождение тока при обратном смещении. В результате выходное напряжение постоянного тока пульсирует с частотой в 100 Гц.
• На этом рисунке добавлен конденсатор емкостью в 2200 микрофарад, который фильтрует выходной ток и обеспечивает устойчивое напряжение в 24 В постоянного тока.
• На этом этапе можно последовательно включить в схему плавкий предохранитель для обеспечения ее защиты.
• Итак, мы имеем:
1. Понижающий трансформатор переменного тока до 24 В.
2. Преобразователь перемененного тока в пульсирующий постоянный ток с напряжением до 24 В.
3. Отфильтрованный ток для получения чистого и стабильного напряжения 24 В.
• Все это будет подключено к схеме регулятора напряжения lm317, описанной ниже
Введение в Lm317
• Теперь наша задача заключается в управлении выходным напряжением, изменяя его в соответствие с нашими нуждами. Для этого мы используем регулятор напряжения lm317.
• Lm317, как показано на рисунке, имеет 3 контакта. Это контакт регулировки (pin1 — ADJUST), контакт вывода (pin2 — OUNPUT), и контакт ввода (pin3 — INPUT).
• Регулятор lm317 во время работы выделяет тепло, поэтому ему требуется радиатор теплообменника
• Радиатор теплообменника представляет собой металлическую пластину, соединенную с интегральной схемой для рассеивания выделяемого ею тепла в окружающее пространство.
Объяснение схемы подключения Lm317
• Это продолжение предыдущей электрической схемы. Для лучшего понимания, схема подключения lm317 показана здесь подробно.
• Для обеспечения фильтрации на входе рекомендуется использовать конденсатор емкостью в 0.1 микрофарады. Очень желательно не размещать его вблизи основного фильтрующего конденсатора (в нашем случае, это конденсатор емкостью 2200 микрофарад).
• Использование конденсатора в 100 микрофарад рекомендуется для улучшения гашения ряби. Он предотвращает усиление ряби, возникающее при увеличении устанавливаемого напряжения.
• Конденсатор емкостью в 1 микрофараду улучшает переходную характеристику, но не является необходимым для стабилизации напряжения.
• Диоды защиты D1 и D2 (оба — 1n5822) обеспечивают путь разряда с низким импедансом, предотвращая разряд конденсатора в выход регулятора напряжения.
• Сопротивления R1 и R2 нужны для установки выходного напряжения
• На рисунке приведено уравнение управления. Здесь сопротивление R1 равно 1 кОм, а сопротивление R2 (потенциометр с сопротивлением 10 кОм) является переменным. Поэтому получаемое на выходе напряжение, согласно данному аппроксимированному уравнению, задается изменением сопротивления R2.
• При необходимости получить дополнительную информацию по характеристикам lm317 на интегральной схеме, такую информацию найти в Интернете.
• Теперь выходное напряжение можно подключить к вольтметру с ЖК-дисплеем, или можно использовать мультиметр для замера напряжения.
• Замечание: Величины сопротивлений R1 и R2 выбираются из соображений удобства. Другими словами, нет какого-либо твердого правила, которое говорило бы, что сопротивление R1 должно всегда быть 1 кОм, а сопротивление R2 должно быть переменным до 10 кОм. Кроме того, если нужно фиксированное выходное напряжение, то можно установить фиксированное сопротивление R2 вместо переменного. Используя приведенную управляющую формулу, можно выбирать параметры R1 и R2 по своему усмотрению.
Завершение составления электрической схемы
• Окончательная электрическая схема выглядит так, как показано на рисунке.
• Теперь, пользуясь потенциометром (т.е. R2), можно получать требуемое напряжение на выходе.
• На выходе будет получено чистое, свободное от ряби, стабильное и постоянное напряжение, требуемое для питания конкретной нагрузки.
Источник
Источники тока на полевых и биполярных транзисторах.
Схемы генераторов тока, разновидности токовых зеркал, Онлайн калькулятор
расчёта элементов источников тока.
На сегодняшнем мероприятии, посвящённом открытию «Культурно-досугового центра Лоховского муниципального образования», поговорим о разновидностях источников постоянного и, желательно, стабильного выходного тока.
— Если напряжение можно понять умом, то ток только чувством! — начал свой доклад руководитель кружка по художественному рукоделию Семён Самсонович Елдыкин.
— Целью нашего сегодняшнего радиолюбительского заседания является освоение упорядоченного движения свободных электрически заряженных частиц — как суммы знаний, физических умений и врождённых навыков.
«Как заземлить незаземлённое заземление? Сколько нужно выпить водки в граммах для снижения сопротивление тела на 1 кОм? И как не вступить с электричеством в интимные отношения?» — станет темой нашего научного коллоквиума.
Спасибо Семёну Самсоновичу за вводные слова, а нам пора переместиться поближе к обозначенной в заголовке теме. Напустим энциклопедического глубокомыслия:
«Источник тока — элемент, двухполюсник, сила тока через который не зависит от напряжения на его зажимах (полюсах). Используются также термины генератор тока и идеальный источник тока. » — учит нас Википедия.
Дополним редакцию. Источник тока должен иметь большое внутреннее дифференциальное сопротивление, такое чтобы при изменении сопротивления нагрузки сила тока в нагрузке практически не изменялась. Такую возможность нам предоставляет биполярный транзистор со стороны коллектора, полевик со стороны стока, либо операционник между инвертирующим входом и выходом.
Есть несколько основных характеристик, которые характеризуют источник тока.
Первой и основной из них является величина выходного тока.
Во-вторых, его выходное сопротивление, которое определяет, насколько ток источника меняется в зависимости от сопротивления нагрузки.
Третья спецификация — это минимальное и максимальное напряжения на выходе источника, при котором узел работает должным образом, т.е. выходной транзистор находится в активном режиме.
В-четвёртых, температурная стабильность и способность противостоять колебаниям напряжения источника питания.
Для разминки рассмотрим схемы простейших генераторов (источников) тока на транзисторах и операционных усилителях.
Рис.1
Схема источника тока на биполярном транзисторе — самая плохая. В ней присутствует полный букет недостатков — и температурная нестабильность, и зависимость тока от колебаний напряжения источника питания и наличие пресловутого эффекта Эрли (эффект влияния напряжения между коллектором и базой на ток коллектора).
Здесь входной делитель на резисторах R1, R2 задаёт ток базы транзистора Iб, выходной ток в первом приближении можно считать равным Iн = Iк≈β×Iб.
Схема на полевом транзисторе не столь чувствительна к нестабильности источника питания, однако имеет другой существенный недостаток — практическую невозможность заранее рассчитать выходной ток генератора из-за значительности разброса параметров данных типов полупроводников.
Максимальный ток данного типа источника равен начальному току стока при R1=0 (паспортная характеристика), минимальный ограничен падением напряжения на токозадающем резисторе R1.
Генераторы тока на операционных усилителях (инвертирующий слева, неинвертирующий справа) — вполне себе работоспособные устройства, которые являются близкими аналогами идеальных источников тока, и практически лишены недостатков, присущих транзисторным схемам.
Единственное, но существенное в отдельных случаях «но» состоит в том, что нагрузка является «плавающей», т.е. не подключённой никаким боком к земле.
Ток через нагрузку практически с 100% точностью описывается формулой Iн= Uвх/R1.
Размялись? Пришло время избавляться от недостатков простейших источников тока, обкашлянных нами выше. 
Рис.2
Схемы стабилизаторов тока, представленные на Рис.2, будут полезны в устройствах, работающих с конечными потребителями, которые чувствительны не столько к стабильности напряжения, сколько к постоянству протекающего через них тока.
За примерами далеко ходить не надо — источники питания светодиодов, газоразрядных ламп, зарядные устройства для аккумуляторов и т.д. Все они требуют наличия на выходе постоянного, либо изменяющегося по определённому алгоритму тока.
Принцип работы приведённых схем предельно прост. При увеличении тока нагрузки пропорционально увеличивается и падение напряжения на токозадающем резисторе R1. При достижении уровня падения этого напряжения ≈0,6В, начинает открываться транзистор T1, снижая величину Uбэ (или Uзи) второго транзистора T2. Он начинает закрываться, соответственно, уменьшается и количество тока, протекающего через нагрузку.
Для схемы на биполярном транзисторе номинал резистора Rб следует выбирать из соображений Rб .
Для полевика, в силу его высокого входного сопротивления, величина резистора Rз1 может выбрана достаточно высокой (десятки килоом). Единственное, за чем надо зорко послеживать — максимально допустимое значение напряжения затвор-исток транзистора. Если оно меньше Еп, следует добавить дополнительный резистор Rз2 такого номинала, чтобы образованный делитель вогнал напряжение на затворе в допустимые пределы.
Выходной ток рассчитывается по простой формуле Iн≈0,6/ R1 .
В этих схемах нет температурной компенсации, изменение выходного тока составляет величину ≈ 0,3% на один °С.
 Рис.3 |
 Рис.4 |
 Рис.5 |
 Рис.6 |
При необходимости сгенерить ток обратного направления, следует перевернуть схему вверх ногами и заменить n-p-n транзисторы на полупроводники обратной проводимости.
И по традиции приведу таблицу, позволяющую не сильно утруждаться, при желании воплотить описанные узлы в реальную жизнь.
РАСЧЁТ ТОКОЗАДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ИСТОЧНИКОВ ТОКА НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ.
Источники тока на полевых транзисторах, в связи со значительностью разброса параметров данного типа полупроводников, практическое применение получили в основном при производстве аналоговых интегральных микросхем. При этом при использовании МОП-структур полевых транзисторов, схемотехника токовых зеркал практически не отличается от приведённых выше источников тока на биполярных собратьях. 
Рис.6
Проектировать источники тока на дискретных полевых транзисторах — занятие, на мой взгляд, довольно нецелесообразное.
Другое дело — специально разработанные полупроводники, называемые токостабилизирующими диодами (CRD), в основе которых лежит полевой транзистор с каналом n-типа. 
Рис.7
Полевые диоды имеют только два вывода и оптимизированы с точки зрения вольт-амперных характеристик. При их изготовлении можно достичь нулевого температурного коэффициента, объединяя CRD с резистором, имеющим тот же самый, но противоположного знака температурный коэффициент.
Токостабилизирующие диоды не очень известны в широких массах радиолюбительского сообщества, но тем временем активно выпускаются буржуйскими промышленниками, имеют приличную номенклатуру токов и достаточно широкий диапазон рабочих напряжений.
А на следующей странице продолжим тему — посвятим её источникам тока на операционных усилителях, а также преобразователям напряжение-ток на ОУ и транзисторах.
Источник