Схема стабилизатора тока на полевом транзисторе

Схема стабилизатора тока на полевом транзисторе

Для корректной функциональности многих электротехнических устройств необходимо поддержание определенных рабочих параметров сети питания. Выход напряжения за границы нормированного диапазона сопровождается ухудшением КПД. Импульсные помехи провоцируют сбои. Исправить ситуацию поможет стабилизатор тока на полевом транзисторе схема которого представлена в этой публикации.

Мощный блок питания на полевом транзисторе

Принцип стабилизации тока

Целевое назначение специальной схемы – регулирование источника питания в автоматическом режиме для поддержания стабильных параметров цепей нагрузки. Основной компонент – достаточно мощный полупроводниковый прибор, ограничитель силы тока на выходе блока питания.

Требования к управляющему элементу

Критерии выбора можно сформулировать, если известны параметры силы тока (ампер). Однако даже без конкретного технического задания несложно перечислить базовые требования:

• ток в контрольной цепи поддерживается с определенной точностью;
• следует компенсировать перепады потребляемой мощности;
• корректирующие изменения должны выполняться достаточно быстро;
• для автоматической настройки оптимального режима и улучшения защиты от помех нужна организация обратной связи.

Суть стабилизации

Для уточнения функциональности управляющего элемента необходимо отметить особенности типичной нагрузки. Интенсивность излучения светодиода, например, существенно зависит от температуры в процессе эксплуатации. Соответствующим образом изменяется мощность потребления. При увеличении тока уменьшается напряжение.

Важно! Если установить обратную связь (отрицательную), отмеченное изменение будет регулировать рабочий режим управляющего устройства. В частности, при увеличении напряжения между затвором и стоком полевого транзистора ток через исток уменьшается. Тем самым без иных дополнительных действий обеспечивается стабилизация выходных параметров источника.

Для схемы «»МЯГКАЯ» НАГРУЗКА В ЭЛЕКТРОСЕТИ»

Электропитание»МЯГКАЯ» НАГРУЗКА В ЭЛЕКТРОСЕТИ При подключении и отключении нагрузки в электросети нередко возникают помехи, которые нарушают нормальную работу чувствительных электронных приборов и электрических систем. Устройство, схема которого показана на рис. 1, реализует «мягкое» подключение и отключение нагрузки. =МЯГКАЯ НАГРУЗКА В ЭЛЕКТРОСЕТИPuc.1При замыкании контактов выключателя SA1 в процессе зарядки конденсатора С1 (через резистор R1), транзистор VT1 постепенно открывается и ток коллектора плавно нарастает до значения, определяемого соотношением сопротивлений резисторов R1 и R2. Соответственно плавно возрастает и ток в нагрузке. При выключении конденсатор разряжается через резистор R2 и переход база-эмиттер транзистора. Ток нагрузки плавно снижается до нуля. При указанных на схеме значениях элементов и мощности нагрузки 200 Вт длительность процесса включения составляет 0,1 с, выключения — 0,5с. Потери напряжения в этом устройстве относительно небольшие, они определяются суммой прямого падения на двух диодах и участке коллектор — эмиттер работающего транзистора, которое приблизительно составляет: Uce(B)=0,7+R1*Iн/h21э В зависимости от тока
нагрузки и коэффициента передачи
тока
базы транзистора следует подобрать резистор R) таким образом, чтобы падение напряжения на транзисторе и мощность рассеяния на нем поддерживались бы в включенном состоянии на допустимом уровне. Тиристорные зажигалки газа схема =МЯГКАЯ НАГРУЗКА В ЭЛЕКТРОСЕТИPuc.2В варианте устройства, изображенном на рис. 2, предусмотрена броня от перегрузок и коротких замыканий. При превышении
тока
установленной величины падение напряжения на резисторе R5 открывает транзистор VT2 и его коллекторный переход блокирует транзистор VT1. Ток, при котором срабатывает броня, можно определить из соотноше…
Смотреть описание схемы …

Выбор схемы включения

Стабилизатор тока на транзисторе

На практике применяют разные инженерные решения. В частности, для подключения светодиодных светильников производители предлагают импульсные источники питания. Эти устройства выполняют свои функции с помощью частотного преобразования и модуляции сигнала. Для управления ключом устанавливают микросхемы. Для дозированного накопления энергии используют дроссель.

Импульсный стабилизатор тока

Для упрощения в данной статье рассмотрена линейная стабилизация. Устройства, созданные по этой схеме, не создают сильные электромагнитные помехи. В этом – главное отличие от импульсных аналогов.

Работа стабилизаторов тока

Схема стабилизатора напряжения 220в своими руками

Минимальное количество функциональных элементов в схемах этой категории подразумевает разумную стоимость. При выборе такого варианта нетрудно изучить рабочие режимы, особенности настройки.

Особенности полевых структур

В радиотехнических приборах этого типа p-n переходы расположены особым образом. Для регулировки прохождения тока через центральный канал изменяются напряжение и соответствующее электромагнитное поле. Разницу потенциалов создают на стоке и затворе.

Принцип действия полевого и биполярного транзисторов

На рисунке показаны принципиальные отличия, по сравнению с биполярным транзистором. При использовании полевой структуры управляющий ток отсутствует, а входное сопротивление становится значительно больше. При такой схеме прибор потребляет минимум энергии, но не способен обеспечить усиление сигнала. Впрочем, для решения обозначенной задачи (стабилизации) увеличивать напряжение не нужно.

Принцип управления переходом

В области между зонами р типа формируется канал. Для прохождения тока создается разница потенциалов «сток-исток». Управляют переходом изменением напряжения «затвор-исток» – Uзи.

Для схемы «Простой регулятор тока сварочного трансформатора»

Важной особенностью конструкции любого сварочного аппарата является вероятность регулировки рабочего тока. В промышленных аппаратах используют разные способы регулировки тока: шунтирование с помощью дросселей всевозможных типов, изменение магнитного потока за счет подвижности обмоток или магнитного шунтирования, применение магазинов активных балластных сопротивлений и реостатов. К недостаткам такой регулировки надо отнести сложность конструкции, громоздкость сопротивлений, их сильный нагрев при работе, неудобство при переключении. Наиболее оптимальный вариант — ещё при намотке вторичной обмотки сделать ее с отводами и, переключая количество витков, изменять ток. Однако использовать такой способ можно для подстройки тока, но не для его регулировки в широких пределах. Кроме того, регулировка тока
во вторичной цепи сварочного трансформатора связана с определенными проблемами. Так, через регулирующее устройство проходят значительные токи, что приводит к его громоздкости, а для вторичной цепи практически невозможно подобрать столь мощные стандартные переключатели, чтобы они выдерживали ток до 200 А. Электрическая схема трансивера Эфир-М Другое дело — цепь первичной обмотки, где токи в пять раз меньше. После долгих поисков путем проб и ошибок был найден оптимальный вариант решения проблемы — просторно популярный тиристорный регулятор, схема которого изображена на рис.1. При предельной простоте и доступности элементной базы он прост в менеджменте, не требует настроек и хорошо зарекомендовал себя в работе — работает не иначе, как «часики». Регулирование мощности происходит при периодическом отключении на фиксированный промежуток времени первичной обмотки сварочного трансформатора на каждом полупериоде
тока
(рис.2). Среднее роль
тока
при этом уменьшается. Основные элементы регулятора (тиристоры) включены встречно и параллельно товарищ другу. Они поочередно открываются импульсами тока, формируемыми транзисторами VT1, VT2….
Смотреть описание схемы …

Устройство и работа полевого транзистора

DC ток — понятие и виды постоянно тока

Для изучения функциональности полевого транзистора можно рассмотреть две схемы подключения. В первом варианте соединяют исток и затвор проводником, выравнивая соответствующий потенциал: Uзи= 0. Повышением напряжения Uси (сток-исток) обеспечивают прохождение тока в рабочей зоне.

Напряжение равно нулю

В показанном на рисунке состоянии прибор функционирует как типичный проводник. Специфическое название на графике «Омическая область» определяет зону пропорционального увеличения силы тока по мере увеличения разницы потенциалов. При переходе в режим насыщения количества свободных зарядов недостаточно для поддержания отмеченного изменения.

Уменьшение потенциала на затворе

На этом рисунке канал прохождения зарядов сужают дополнительным источником питания, который уменьшает Uзи<0. На определенном уровне (напряжение отсечки) ток не проходит.

Устройство полевого транзистора

На рисунке показаны зоны p и n типа. Регулировкой напряжения Uси изменяют сопротивления канала (силу тока). Как показано выше, при необходимости можно закрыть эту цепь.

Сборка устройства

Конечно, интересно посмотреть на готовое самодельное изделие, тогда приступим к сборке устройства. В интернет-магазинах существует много компактных плат под эту схему. Стоимость деталей для сборки данного стабилизатора напряжения обойдётся менее двухсот рублей. Если покупать готовый стабилизатор напряжения, придется заплатить в несколько раз больше.

Все стандартные действия сборки не будем описывать, отметим лишь основные моменты. Транзистор надо размещать на теплоотвод. Почему? Потому что схема линейная и при больших токах транзистор будет сильно нагреваться. Из чего изготовить радиатор? Его можно сделать из обычного алюминиевого уголка и закрепить непосредственно на вентилятор блока питания. И, несмотря на то, что по размерам радиатор достаточно небольшой, благодаря интенсивному обдуву он прекрасно справится со своей задачей.

К радиатору прикручивается через термопасту транзистор, в этой схеме он используется полевой, N-канальный IRFZ44 с максимальным током 49 А. Так как радиатор изолирован от основной платы и корпуса, то транзистор приворачивается напрямую без изоляционных прокладок.

Плату стабилизатора через латунную стойку закрепляется на этот же алюминиевый уголок. Для регулировки выходного тока используется переменный резистор на 5 кОМ. Провода, чтобы не болтались, фиксируются пластиковыми стяжками.

В результате, должна получиться следующая схема подключения данного стабилизатора для зарядного устройства.

Блок питания может быть абсолютно любым, как компьютерным блоком питания, так и обычным трансформатором. Шнур для подключения в розетку используется обычный компьютерный.

Всё готово. Можно теперь использовать такой регулируемый стабилизатор напряжения для зарядного устройства. Надо отметить схема простая и недорогая: одновременно выполняет функции стабилизатора и зарядного устройства.

Пример стабилизатора на полевом транзисторе

При создании радиотехнических устройств с применением ламп типовой анодный блок питания не обеспечивает необходимую стабильность выходных параметров. Добавление резистора в цепь увеличивает потери, не позволяет точно корректировать изменение мощности в нагрузке.

Электрическая схема простого стабилизатора

Своими руками несложно собрать этот стабилизатор тока на полевом транзисторе. С его помощью обеспечивается точность заданных параметров в диапазоне не более 6% от номинала.

Регулировка сварочного тока на полевом транзисторе схема

Наиболее оптимальным является способ ступенчатой регулировки тока, с помощью изменения количества витков, например, подключаясь к отводам, сделанным при намотке вторичной обмотки трансформатора. Однако, этот способ не позволяет производить регулировку тока в широких пределах, поэтому им обычно пользуются для подстройки тока. Помимо прочего, регулировка тока во вторичной цепи сварочного трансформатора связана с определенными проблемами. В этом случае, через регулирующее устройство проходят значительные токи, что является причиной увеличения ее габаритов. Для вторичной цепи практически не удается подобрать мощные стандартные переключатели, которые бы выдерживали ток величиной до 260 А.

Если сравнить токи в первичной и вторичной обмотках, то оказывается, что в цепи первичной обмотки сила тока в пять раз меньше, чем во вторичной обмотке. Это наталкивает на мысль поместить регулятор сварочного тока в первичную обмотку трансформатора, применив для этой цели тиристоры. На рис. 20 приведена схема регулятора сварочного тока на тиристорах. При предельной простоте и доступности элементной базы этот регулятор прост в управлении и не требует настройки.

Рис. 1 Принципиальная схема регулятора тока сварочного трансформатора:
VT1, VT2 -П416

VS1, VS2 — Е122-25-3

С1, С2 — 0,1 мкФ 400 В

Регулирование мощности происходит при периодическом отключении на фиксированный промежуток времени первичной обмотки сварочного трансформатора на каждом полупериоде тока. Среднее значение тока при этом уменьшается. Основные элементы регулятора (тиристоры) включены встречно и параллельно друг другу. Они поочередно открываются импульсами тока, формируемыми транзисторами VT1, VT2.

При включении регулятора в сеть оба тиристора закрыты, конденсаторы С1 и С2 начинают заряжаться через переменный резистор R7. Как только напряжение на одном из конденсаторов достигает напряжения лавинного пробоя транзистора, последний открывается, и через него течет ток разряда соединенного с ним конденсатора. Вслед за транзистором открывается и соответствующий тиристор, который подключает нагрузку к сети.

Изменением сопротивления резистора R7 можно регулировать момент включения тиристоров от начала до конца полупериода, что в свою очередь приводит к изменению общего тока в первичной обмотке сварочного трансформатора Т1. Для увеличения или уменьшения диапазона регулировки можно изменить сопротивление переменного резистора R7 в большую или меньшую сторону соответственно.

Транзисторы VT1, VT2, работающие в лавинном режиме, и резисторы R5, R6, включенные в их базовые цепи, можно заменить динисторами (рис. 2)

Рис. 2 Принципиальная схема замены транзистора с резистором на динистор, в схеме регулятора тока сварочного трансформатора.
Aноды динисторов следует соединить с крайними выводами резистора R7, а катоды подключить к резисторам R3 и R4. Если регулятор собрать на динисторах, то лучше использовать приборы типа КН102А.

В качестве VT1, VT2 хорошо зарекомендовали себя транзисторы старого образца типа П416, ГТ308, однако эти транзисторы, при желании, можно заменить современными маломощными высокочастотными транзисторами, имеющими близкие параметры. Переменный резистор типа СП-2, а постоянные резисторы типа МЛТ. Конденсаторы типа МБМ или К73-17 на рабочее напряжение не менее 400 В.

Все детали устройства с помощью навесного монтажа собираются на текстолитовой пластине толщиной 1. 1,5 мм. Устройство имеет гальваническую связь с сетью, поэтому все элементы, включая теплоотводы тиристоров, должны быть изолированы от корпуса.

Правильно собранный регулятор сварочного тока особой наладки не требует, необходимо только убедиться в стабильной работе транзисторов в лавинном режиме или, при использовании динисторов, в стабильном их включении.

Простой электронный регулятор сварочного тока, схема

Часто приходится варить метал разной толщины и использовать электроды разного диаметра, а чтобы сварка была качественная, необходимо сварочный ток подстраивать, чтобы шов ложился ровно и метал не разбрызгивался. Но, регулировать ток вторичной обмотки сварочного трансформатора довольно проблематично, т.к. он может достигать до 180-250А.

Как вариант, для регулировки сварочного тока используют нихромовые спирали, включая последовательно их в цепь первичной или вторичной обмотки сварочного трансформатора, или дросели. Регулировать ток таким образом неудобно, да и сам регулятор громоздкий получается. Но есть и другой выход — сделать электронный регулятор сварочного тока, который бы регулировал ток в первичной обмотке сварочного аппарата.

Регулятор сварочного тока для самодельного сварочного аппарата еще очень полезен в тех случаях, когда приходится сваривать металл в местах где слабая электросеть, в селах например. Как правило там ограничивают потребление тока на каждый дом, ставя входной автомат на 16 А, т.е. нельзя включть нагрузку более 3,5 КВт. А хороший сварочный аппарат, варящий электродами диаметром 4-5 мм, потребляет 6-7, а то и 8 КВт.

Поэтому, уменьшили сварочный ток и одновременно уменьшили ток потребления сваточного аппарата, таким образом вложились в те 3,5 КВт и «троечкой» сварили то что вам надо.

Вот простая схема такого регулятора на 2 тиристорах и имеет она минимум недефицитных деталей. Можно сделать и на 1 симисторе, но, как показала практика, на тиристорах более надежно.

Работает регулятор сварочного тока следующим образом: в цепь первичной обмотки последовательно включается регулятор, который состоит из двух управляемых тиристоров VS1 и VS2(Т122-25-3, или Е122-25-3), на каждую полуволну. Момент открывания тиристоров определяется RC цепочкой (R7, C1, C2). Изменяя сопротивление R7, мы меняем момент открывания тиристоров и тем самым изменяем ток в первичной обмотке трансформатора, а следовательно меняется и ток во вторичной обмотке.

Транзисторы можно использовать старого образца — П416, ГТ308, их лекко можно найти в старых приемниках или телевизорах, а конденсаторы используются типа МБТ или МБМ на рабочее напряжение не менее 400 В.

Транзисторы VT1, VT2 и резисторы R5, R6, соединенные как показано на схеме, представляют собой аналог динисторов и в таком варианте они работают лучше чем динисторы, но при большом желании вместо VT1,R5 и VT2,R6 можно поставить обычные динисторы — типа КН102А.

При сборке и настройке регулятора сварочного тока не забывайте, что управление происходит под напряжением 220В. Поэтому, чтобы не допустить поражение электрическим током все радиоэлементы, а также теплоотводы тиристоров, должны быть изолированы от корпуса!

На практике, выше указанный электронный регулятор сварочного тока, отлично себя зарекомендовал.
За основу взят материал с журнала Радiоаматор.- 2000.-№5 «Сварочный трансформатор своими руками».

Регулятор тока сварочного аппарата

Предлагаемое устройство предназначено для управления сварочным аппаратом при помощи мощного симистора ТС132-40, включенного в первичную обмотку трансформатора. При разработке данного устройства основной акцент делался на высокую надежность и стабильность работы в широком диапазоне как питающих напряжений, так и климатических условий.

Схема устройства представлена на рис. 1, его основой является микросхема КР1114ЕУ4А (импортный аналог TL494 и др.), применяемая в импульсных источниках питания с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и двухтактным выходным каскадом. Диапазон питающего напряжения микросхемы — 7…40В. На элементах R2—R4 VT1 VT2 собран детектор перехода сетевого напряжения через нуль, используемый для синхронизации модулятора микросхемы. Работает он следующим образом. Переменное напряжение с понижающего трансформатора после выпрямления диодным мостом VD1 через резистор R2 поступает на базу транзистора VT1, вследствие чего этот транзистор закрывается только в моменты перехода сетевого напряжения через нуль. В моменты, когда транзистор VT1 закрывается, импульсы высокого уровня с резистора R4 поступают на базу транзистора VT2, открывая его. Синхронизирующие импульсы отрицательной полярности с коллектора VT2 поступают на конденсатор СЗ внутреннего генератора пилообразного напряжения микросхемы, разряжая его в конце каждого полупериода сетевого напряжения. Микросхема работает в режиме двухтактного выхода, когда поочередно открываются внутренние выходные транзисторы микросхемы, включенные параллельно. С эмиттеров транзисторов ШИМ сигнал поступает на RC-цепочку R7C5R8R9 для формирования коротких (около 100 мкс) импульсов, открывающих транзистор VT3. Импульсы с его коллектора через трансформатор Т1 используются для непосредственного управления симистором. Напряжение регулировки с резистора R1 через помехоподавляющую цепочку R5C2 поступает на один из входов управления микросхемы.

Если в устройстве использовать импульсный трансформатор, имеющий в своем составе три одинаковые обмотки, то при небольшом изменении схемы (рис. 2) возможно его применение для управления сварочным аппаратом с выходным тринисторным мостом.

Резистор R10 на рис. 1 и резисторы R10, R12 на рис. 2 используются в качестве предохранителей, защищающих импульсный трансформатор при неверном включении тиристоров.

Конденсаторы С1, С2, С4, С5 применимы любого типа, СЗ — импортный пленочный. Диоды можно использовать любые рассчитанные на импульсный ток не менее 300 мА. При самостоятельном изготовлении трансформатора Т1 потребуется кольцо типоразмера К16x10x4 из феррита 2000НМ, обмоточный провод диаметром 0,12 мм и фторопластовая лента толщиной 50 мкм. Фторопластовая лента нарезается на ленты шириной 6 мм и длиной около 200 мм, на конец ленты приклеивается небольшой кусочек липкой ленты для начального закрепления на ферритовом кольце и наматывается два слоя, конец ленты также необходимо закреплять кусочком скотча. Далее наматываются обмотки, состоящие из 100 витков указанного провода каждая, все обмотки необходимо изолировать друг от друга двумя слоями фторопластовой ленты. После намотки всех обмоток необходимо изолировать трансформатор, для этого используется коробочка от рыболовных крючков внутренним диаметром 25 мм и высотой 12 мм, куда помещается трансформатор и заливается эпоксидной смолой.