Как рассчитать схему стабилизатора тока?

Question

[Афанасий Сидоров]

Всем здравствуйте. Решил сделать простой стабилизатор тока на 1 А на полевом транзисторе. Напряжение питания 16 В, рассчитал величину сопротивления в цепи стока. Для истоковой стабилизации должен быть резистор в цепи истока. Вычитал, что падение напряжения на нём равняется трети падения напряжения на сопротивлении в цепи стока, соответственно посчитал каким должен быть резистор. Но какое должно быть напряжения на затворе? Пороговое напряжение 3,75 В, крутизна 3 А/В. Схема прикреплена. Транзистор P4NK60ZFP

Comments

[Виктор]

Я уже было взялся писать ответ, как понял, что данных для точного ответа недостаточно.
Во-первых, ваш стаб должен быть двухполюсником и включаться последовательно с нагрузкой, ток в которой он должен стабилизировать? Я бы так делать не стал.
Во-вторых, ваша схема прям-таки напрашивается на изменения. Вам надо строго как нарисовано, или можно и по-другому?
В-третьих, вы ни словом не затронули точность стабилизации, допустимые пределы питающего напряжения и другие подобные "мелочи". Кстати, ваш расчёт не учитывает разброс параметров полевика - одно дело, если эта схема чисто учебная, и совсем другое, если её надо осуществить в железе (и чего доброго, не в единственном экземпляре).

[Афанасий Сидоров]

Виктор, нагрузка по идее должна включаться в цепь стока. Можете нарисовать изменения по-другому, как вы говорите. Питающее напряжение изменяться не будет, будет меняться только сопротивление нагрузки

[VT100]

Вроде, автор что-то про колледж(?) писал.

... рассчитал величину сопротивления в цепи стока.

Зачем? Это же нагрузка.

... должен быть резистор в цепи истока. Вычитал, что падение напряжения на нём равняется трети падения напряжения на сопротивлении в цепи стока ...

Чушь какая-то. ИИшенка, что и?

[Афанасий Сидоров]

VT100,

Вроде, автор что-то про колледж(?) писал.

Да, учусь в Ростовском радиотехническом колледже.

Чушь какая-то. ИИшенка, что и?

Нет. Вообще ИИ не пользуюсь. Как можете заметить, постоянно тут вопросы задаю, хочу хорошо разобраться в этой области. ИИ и короткие ответы не признаю

[Афанасий Сидоров]

VT100, https://edu.ikit.sfu-kras.ru/CP_Electronics/pages/...
Перечитал снова. Не так понял, там речь идёт про сопротивления резисторов

[Виктор]

Афанасий Сидоров,

нагрузка по идее должна включаться в цепь стока.

Это правильно. Но из вашей схемы это никак не следует, вы даже не упомянули, что нагрузка будет включена в цепь стока, поэтому я и предположил, что вы собираетесь рассчитывать 2-полюсник.

Питающее напряжение изменяться не будет

Тем самым вы признались, что собираетесь питать стаб тока от стаба напряжения, а это совсем другой подход. Но вообще-то нужда в стабилизированном токе бывает при изменениях не только нагрузки, но и питания.

Можете нарисовать изменения по-другому, как вы говорите.

А откуда взялась ваша исходная схема? Явно не из справочников по схемотехнике, там стаб тока на полевике рисуют немного по-другому, чем у вас. Ну например, так:

Расчёт такой схемы начинается с выбора стабилитрона ZD, а по нему уже и резистора R2. Чем бОльшая часть напряжения питания падает на ZD (и соответственно на R2), тем точнее и "диапазоннее" получается стабилизатор тока, так что я совсем не зря поминал выше эти параметры. Ну, а с R1 совсем просто. Он задаёт ток ZD, и его можно выбирать из экономии электроэнергии: минимально возможный ток стабилитрона, при котором его напряжение более-менее стабильно (опять-таки на минимуме напряжения питания!).
Кстати, если и вправду питать стаб тока от стаба напряжения, то вполне допустимо заменить стабилитрон ZD на резистор, и тогда моя схема превращается в вашу.

[Афанасий Сидоров]

Виктор, Спасибо большое за подробный ответ! Уже не знаю как Вас благодарить, второй раз помогаете.

А откуда взялась ваша исходная схема? Явно не из справочников по схемотехнике, там стаб тока рисуют немного по-другому, чем у вас.

Рассматривал вариант каскада с оэ с эмиттерной стабилизацией точки покоя, ну и додумался до такой схемы, мол это аналогия, только на полевом транзисторе

[Виктор]

Афанасий Сидоров,

Рассматривал вариант каскада с оэ с эмиттерной стабилизацией точки покоя, ну и додумался до такой схемы, мол это аналогия, только на полевом транзисторе

Да, действительно, можно было и на биполярном транзисторе. Его преимущество по сравнению с полевиком в экономии напряжения питания. Ведь при вашем/моём варианте на полевике из напряжения питания зазря вычтется Uпор полевика, 3,75 в. Если питание у вас 16 вольт, то на нагрузку, полевик и R2 останется всего-то 12 вольт. Допустим, выбрали мы стабилитрон на 6,8 вольт - значит, на R2 получится 6,8 - 3,75 = 3,05 в, и его сопротивление тогда 3,05 / 1 ампер = 3,05 Ом. Если на максимальном сопротивлении нагрузки полевик полностью откроется, то на нём - 0 вольт, и потому на нагрузке 16 - 3,05 = 12,95 в. Т.е. в такой схеме сопротивление нагрузки не может быть больше, чем 12,95 Ом. Если она больше, то стабилизация тока нарушается.
А вот с биполярником иначе, поскольку у него вместо Uпор = 3,75 в будет в качестве порогового прямое падение на эмиттерном переходе - 0,7 в. Значит, нагрузке достанется больше: 16- 0,7 - 0,1 (падение на полностью открытом транзисторе) = 15,2 в, а её максимальное сопротивление - 15,2 Ом. Хоть немножко, но побольше. Зато придётся в полтора-два раза уменьшить сопротивление R1, чтобы увеличить ток стабилитрона - ведь биполярник в отличие от полевика потребляет ток по цепи управления (базе).

[pfg21]

Виктор, при стабильном питании необходимость в стабилизации напряжения затвора не столь важна.
упрощение :)

[Виктор]

pfg21, да, при стабильном питании моя схема и схема автора вопроса совпадают. Это я и упомянул выше. Но это так, только если стаб тока сделан на полевике и нет тока по цепи управления. На биполярнике этот ток есть, и стабилитрон желательно оставить.

Answer 1

[Пума Тайланд]

Напряжение на затворе = Ugs + Uистока.

Ugs при 1 А ≈ Uпорог + I/S = 3,75 + 1/3 ≈ 4,1 В (порог из даташита — при маленьком токе, не при 1 А).

С R4 = 5 Ом → Uистока = 5 В, итого на затворе ~9,1 В относительно земли.

R1/R2 — делитель из 16 → 9,1 В: R2/(R1+R2) = 9,1/16, например R1 = 6,8 кОм, R2 = 9,1 кОм.

p.s. R3 в стоке — это нагрузка (переменная), а не фиксированный 16 Ом. При R4=5 Ом нагрузка должна быть < ~10 Ом, иначе транзистор выйдет из насыщения.

Comments

[pfg21]

добавлю
R4 брать как можно меньше.
мощность выделяемая на резисторе пропорциональная сопротивлению.
при токе 1А 5омное сопротивление будет выделять 5вт в тепло, что очень много и грется будет знатно.
если взять 1ом то будет выделятся 1вт. на 0,5ом полватта и т.д.
при этом работоспособность схемы не изменится. только надо будет пересчитать R1/R2.

в связку R1/R2 добавить подстроечник и рассчитывать связку с учетом половины сопротивления подстроечника. тогда после сборки схемы можно будет точно настроить требуемый ток.

[Пума Тайланд]

да, R4 поменьше — правильно, 5 ватт в тепло это много. подстроечник в делитель тоже хорошая идея — потом легко выставить точный ток.

Answer 2

[VT100]

Хорошо, не ИИшенка. Что за книга - автор(ы), год, страница?

Какова ошибка в расчёте "сопротивления нагрузки" (R3)? Подсказка, такой расчёт - не нужен.

Для "сопротивления нагрузки" нужен другой. Какой? Подсказка - рассчитываемый источник является "стабилизатором тока", а не "источником тока".