Стабилизатор тока.

[Wladimir_TS]

Подскажите схемотехнику стабилизатора тока - двухполюсника 2-15 мА (не регулируемого - на какой-то фиксированное значение в этом диапазоне) с допустимым падением на регулирующем элементе от 2,5 (от 10, но крайне желательно минимизировать минимальное падение) до 400 !!! вольт. Только без экзотических компонентов. Термостабильность высокая не требуется но всё-ж желательна.

Вопрос сильно теоретический - в сторону снижения стабилизируемого тока до 10-500 мкА а падения напряжения до 10-3000 (и более) вольт без использования ЭВП. Тут уже не двухполюсник. Тут более вопрос в выборе полупроводникового регулирующего элемента для таких напряжений.

[Shuare]

Почитайте в "Искусстве схемотехники" (Хоровиц, Хилл), там подробно разжевано, от простейшего до токового зеркала. Поставите высоковольтные транзисторы - будет и 400в. А простейший - это вообще 1 полевик и 1 резистор

[Wladimir_TS]

А простейший - это вообще 1 полевик и 1 резистор

Тут полевик нужен со встроенным каналом , открытый при "0" на затворе. Они в природе есть, есть и на 250 вольт - но где-то там за далеко. Мне-б на коленке-б из подручного-б хлама-б. ХиХ гляну. Запамятовал.

[FAI4]

Транзистор (на нужное напряжение, ток и мощность)
+ резистор (=2.5 вольт/ ток стабилизации)
+ TL431

Минимальное падение на таком источнике порядка 2.8 ... 3 вольт.

Максимальное напряжение - какое сможет выдержать регулирующий транзистор.

[Wladimir_TS]

Вот так полагаю



Но вот вопрос за R1 с одной стороны он должен обеспечивать полное открытие транзистора при 3 вольтах питания, с другой непревышение рабочего тока TL431 при 400 вольтах.

[old_hippie]

Но вот вопрос за R1 с одной стороны он должен обеспечивать полное открытие транзистора при 3 вольтах питания, с другой непревышение рабочего тока TL431 при 400 вольтах.

Транзистор должен быть составным.
Штуки три, чтобы их беты перемножились.
При токе 15 мА и падении в 400 вольт на последнем транзисторе будет где-то 6 ватт постоянных.
Минус такого решения - падение напряжения на БЭ окажется утроенным и будет сильно зависеть от температуры.
Частично можно попробовать скомпенсировать, включив три диода перед TL.
Но тогда уже будет не 3 вольта минимального падения, а больше.

Если оно будет использоваться с плюсового конца источника питания, можно использовать п-н-п транзистор, а резистор базы посадить на общий (на минус).
Тогда через базу и TL пойдёт достаточно стабильный ток, независимо от напряжения на коллекторе, а на резисторе базы всегда будет примерно 400 вольт.
Можно вообще вместо TL красный светодиод посадить. Резистор в эмиттер подобрать, по нужному току.

[Wladimir_TS]

Транзистор должен быть составным.

Сильно не поможет - у 431ой есть и минимальный ток рабочий. Слишком большой диапазон напряжений.

15 мА это предел - так порядка 5 мА - думаю.

Частично можно попробовать скомпенсировать, включив три диода перед TL.

Не совсем понял где - между катодом и базой транзистора

Но тогда уже будет не 3 вольта минимального падения, а больше.

Не самая большая проблема.

Если оно будет использоваться с плюсового конца источника питания

Да - с +питания на нагрузку. В принципе нагрузка тут практически постоянная на ней падает 50-60В , а меняется напряжение питания. От 55 до 450 вольт. (на самом деле от 0 до 450, но при напряжении ниже 55 (60, 65)вольт работа схемы совершенно не волнует)

можно использовать п-н-п транзистор, а резистор базы посадить на общий (на минус).

Не совсем понял. Доступа с "-" питания нет, кроме как через нагрузку. Схема - двухполюсник.

[old_hippie]

Доступа с "-" питания нет, кроме как через нагрузку.

Было бы проще, коли бы был...

Не совсем понял где - между катодом и базой транзистора

Да, последовательно. В качестве компенсирующего нагрев транзисторов термосопротивления.
Прикрепить их механически к транзистору, чтобы тот их грел.

Сильно не поможет - у 431ой есть и минимальный ток рабочий. Слишком большой диапазон напряжений.

Считать надо...
Разбить резистор на два, их среднюю точку прицепить через мощный стабилитрон к эмиттеру (на небольшое напряжение, вольт на 10-15). Тогда при 400 вольтах основной ток пойдёт в стабилитрон, а TL достанется столько, сколько она в состоянии переварить. При падении напряжения меньше напряжения стабилизации стабилитрона, ток пойдёт только в TL и базу.

[Wladimir_TS]

Было бы проще, коли бы был...

Может тогда и вопроса небыло-бы.

Завтра прикину.

[FAI4]

TL 431 имеет диапазон выходного тока от 1 до 100 мА.

Для начала автор должен пояснить зачем ему нужен большой диапазон рабочих напряжений?
Какое устройство?
В жизни так не бывает.
Это видимо какие то оторванные от жизни фантазии.

При больших напряжениях достаточно обычного резистора, чтобы "изобразить" источник тока.

[Wladimir_TS]

Дабы не плодить оффтопик воздержусь пока от объяснения места применения данного узла. Резистор не решает проблемы - сотри диапазон изменения напряжения в целый порядок.

TL 431 имеет диапазон выходного тока от 1 до 100 мА.

Гляну - думал до 1-25 мА

[old_hippie]

диапазон изменения напряжения в целый порядок.

3-400 - два порядка.
А скорость изменения какая? Позистор не поможет?...

[old_hippie]

Было бы проще, коли бы был...

Может тогда и вопроса небыло-бы.

Завтра прикину.

Задача какая-то рекурсивная. Сделать источник тока, который управляется источником тока, который...

[Wladimir_TS]

Нужен 2х полюсной элемент стабилизирующий ток через нагрузку при изменении напряжения питания. Падение напряжения на нагрузке примерно 50 вольт (считать резистором). Стабилизатор ничем не управляется. Значение тока фиксировано где-то в диапазоне 2-15 мА или менее. По скорости изменения ничего сказать не могу - сам пока не знаю

3-400 - два порядка.

Да-как-то попутал - вы правы.

На самом деле минимальное падение не обязательно 3, можно и 5 и 10, но чем оно меньше, тем лучше.

[old_hippie]

На самом деле минимальное падение не обязательно 3, можно и 5 и 10, но чем оно меньше, тем лучше.

На постоянном токе? Импульсный стабилизатор неприемлем?...

[Wladimir_TS]

Импульсный стабилизатор тока в виде 2х полюсника... ну это как-то я пока себе представить даже не могу. Падение напряжения имеется в виду на самом стабилизаторе тока.

[old_hippie]

Импульсный стабилизатор тока в виде 2х полюсника

Ключ, индуктивность и измерительный резистор последовательно. Ключ и индуктивность шунтируем конденсатором. Управляем ключом через ШИМ, чтобы на резисторе напряжение было одно и то же...

[Wladimir_TS]

А питать это все - а управление импульсным ключем высоковольтным и быстро, а выбор индуктивности дросселя в столь широком диапазоне питающих напряжений. Не - это слишком сложно и не слишком надёжно.

Когда-то в прошлой жизни я пытался делать импульсный стабилизатор тока для питания газоразрядной лампы. Uхх - 300 вольт, тока 3 ампера напряжение на горящей лампе в момент зажигания падает до 7 вольт после прогрева растет до 200. Питание выпрямленной сетью. В общем ничего не получилось - но баночка горелых деталей приличная случилась.

[old_hippie]

Когда-то в прошлой жизни я пытался делать импульсный стабилизатор тока для питания газоразрядной лампы. Uхх - 300 вольт, тока 3 ампера напряжение на горящей лампе в момент зажигания падает до 7 вольт после прогрева растет до 200. Питание выпрямленной сетью. В общем ничего не получилось - но баночка горелых деталей приличная случилась.

Аналогично... Не дотумкал тогда, что цепи поджига и поддержания горения нужно делать независимо и параллельно.

[old_hippie]

Нужен 2х полюсной элемент стабилизирующий ток через нагрузку при изменении напряжения питания.

А если так?



Диоды - условно. Там или стабисторы, или цепочки диодов, или и т.д.

R3 - резистор начального запуска.

R1 и R2 - номиналы условно. Надо считать-подбирать.

[Wladimir_TS]

Аналогично... Не дотумкал тогда, что цепи поджига и поддержания горения нужно делать независимо и параллельно.

Поджиг там был отдельно. Преобразователь до 6 кВ (ВВ транс промышленный от чего-то + микруха отечественная - генератор для 2х тактного преобразователя в DIP8 - помню питание надо было 9 вольт не больше ни меньше) Точнее 220-30-6000, конденсатор, разрядник, трансформатор высоковольтный (самодельный...ну как в условиях предприятия профессионалами по моим данным)- 50мм на воздухе пробивал (и убивал лежащие рядом с разрядником измерительные приборы - еще то ЭМИ оружие вышло). Но совместно это никогда не испытывалось, испытывалось на мощный реостат.

А если так?

Очень интересно, но ничего не понятно.

1) Как оно работает
2) Зачем диоды, если их смысл не поясняет П1

Мне уже пора 50 грамм, на горшок и в постельку. Завтра попробую разобраться

[old_hippie]

Очень интересно, но ничего не понятно.

Два источника тока, работающих как балласт друг для друга.

1) Как оно работает
2) Зачем диоды, если их смысл не поясняет П1

Диоды - источники опорного напряжения для источников тока.
То же самое, что TL, но с худшей точностью и стабильностью.
Если в природе есть TL для отрицательных напряжений - вообще всё будет шоколадно.

В начальный момент включения, через нагрузку и R3 транзисторы приоткрываются и встают на взаимозапитку. Ток при этом ограничивается падением напряжения на R1 и R2. Если на каждом из них упадёт больше, чем падение напряжения на диоде минус падение на БЭ, транзисторы будут стремиться закрыться, что вызовет уменьшение падения напряжения на R1 (R2). В общем, два классических источника тока, включенных необычно. По крайней мере, я такого не видел (но не утверждаю, что видел всё).

[FAI4]

Дабы не плодить оффтопик воздержусь пока от объяснения места применения данного узла. Резистор не решает проблемы - сотри диапазон изменения напряжения в целый порядок.

TL 431 имеет диапазон выходного тока от 1 до 100 мА.

Гляну - думал до 1-25 мА

TL431 начинает работать от 0,6мА примерно (не гарантируется точность стабилизации)
от 1ма - гарантируется качество стабилизации
100мА предельный ток для управляющего транзистора внутри TL431 (он не защищен от превышения тока)

Да тут все проще можно сделать (для расширения диапазона):
Резистор (который к коллектору транзистора) - разделить на 2, а в среднюю точку обычный стабилитрон (ну пусть на 5..10 вольт)
Так будет застабилизирован ток питания при любых больших изменениях напряжения на коллекторе.



Это только идея.
Здесь нестабильность тока через верхний резистор будет искажать "стабильность выходного тока"

Нужно уточняться по фактической конструкции
Чем можно пожертвовать?
- диапазоном напряжений
- точностью тока стабилизации

Вместо верхнего резистора здесь нужно ставить пинч-резистор - он же полевик в режиме ГСТ (предварительного)
...

[old_hippie]

Резистор (который к коллектору транзистора) - разделить на 2, а в среднюю точку обычный стабилитрон (ну пусть на 5..10 вольт)

"У дураков мысли сходятся =)"

Разбить резистор на два, их среднюю точку прицепить через мощный стабилитрон к эмиттеру (на небольшое напряжение, вольт на 10-15). Тогда при 400 вольтах основной ток пойдёт в стабилитрон, а TL достанется столько, сколько она в состоянии переварить.

[FAI4]

Стабилитрон наверное достаточно на 5 вольт (меньше будет греться при высоком напряжении)

Но здесь в целом резистор питания "портит" идеальность стабильности тока.

[Wladimir_TS]

Два источника тока, работающих как балласт друг для друга.

Разобрался - оригинально.

Диоды - источники опорного напряжения для источников тока.
То же самое, что TL, но с худшей точностью и стабильностью.

А заменять диоды великой нужды нет - все-равно элемент сравнения - переход Б-Э - а он и сам не термостабилен, но вроде в ту-же сторону что и кремниевый диод. Мне схема понравилась. Буду макетировать.

Нужно уточняться по фактической конструкции
Чем можно пожертвовать?
- диапазоном напряжений
- точностью тока стабилизации

Точностью стабилизации. На самом деле изменение тока нагрузки вдвое при изменении падения напряжения на регулирующем элементе в 100 раз вполне удовлетворительно.

Направление куда и как идти понятно - теперь надо макеты сделать. Пока вариант от old_hippie выглядит привлекательнее тем что ток разбит пополам на 2 ветви и тепловыделение на 2 транзистора, а так как узел работает в весьма "теплом" месте и так - это несомненный плюс.

[old_hippie]

теперь надо макеты сделать.

Очень интересен результат.
Я схему не моделировал - просто набросал...

[FAI4]

здесь недостаток в том что ток зауска через R3 проходит на выход и нестабилизируется.
Те ток через R3 будет сбивать работу стабилизатора тока.
Нужно после запуска "выключать" R3 из работы схемы.

Для этого в схеме нужно исключить R3.
А поставить резистор запуска параллельно К-Э одного из транзисторов.

Тогда будет полная стабилтзация...

[old_hippie]

Те ток через R3 будет сбивать работу стабилизатора тока.

Я думал об этом. Исходил из того, что старт схемы должен происходить при нулевом напряжении на нагрузке и минимальном напряжении питания.
Рассматривал вариант конденсатора последовательно с R3. Но это не даёт перезапуска схемы...

Гм... А вместо него можно вкрячить ещё один источник тока...А ему в балласт - ещё один... Я ж говорю - рекурсия...

Вообще, влияние R3 - оно на загибающемся участке ВА характеристики диода. Оно есть, но не фатально.
Его нужно выбрать таким, чтобы обеспечивался стабильный запуск, при любых условиях. Как можно больше по величине.

[FAI4]

Если подключить к К-Э то ток через этот резистор будет попадать под контроль ООС после включения.

Те регулирующий транзистор будет уменьшать свой ток на ток резистора.
Итоговый ток будет стабильным.

[ssmmiill]

Именно в чистом виде такая схема не годиться т.к. между полупроводниками D1,Q1,Q2,D2 нет ни одного токоограничивающего элемента, на низких напряжения пройдёт, но на 400 - есть риск пробоя .

[old_hippie]

между полупроводниками D1,Q1,Q2,D2 нет ни одного токоограничивающего элемента,

Есть. R1 и R2. А ежели они не помогут - то транзистор уже мёртв, ничего не попишешь.

[ssmmiill]

И всё-таки нет. Практика показывает что не может выход коллектора идти прямо на базу при разности потенциалов 400в.

[old_hippie]

И всё-таки нет. Не может выход коллектора идти прямо на базу при разности потенциалов 400в.

А сколько может? 200? 100?
В УМ коллектор дифкаскада вот так вот на базу транзистора усилителя напряжения и идёт. В чём проблема?

[ssmmiill]

Ну вернее может,но чем выше напряжение - надёжность падает.

[old_hippie]

Ну вернее может,но чем выше напряжение - надёжность падает.

То да. Но тут транзистор нужен на 6 ватт впритык, лучше на 10. И чтобы вольт 600 на коллекторе держал.
У таких транзисторов допустимый ток базы амперами измеряется, а нужно снять всего 15 мА.

[FAI4]

И всё-таки нет. Практика показывает что не может выход коллектора идти прямо на базу при разности потенциалов 400в.

а это здесь при чем???

Коллектор может идти куда угодно...

[ssmmiill]

Коллектор может идти куда угодно...

может,
но если эквивалентная схема такая

то надёжность на 400в будет низкой, потому как в цепи одни голые P-N -переходы.

[FAI4]

а что pn-переходы разве не держат 400 вольт?
Они и 1000 вольт выдерживают у некоторых транзисторов.

В чем здесь проблема?

[FAI4]

Запуск примерно от 8 вольт
Это на 14мА с резистором запуска (100кОм)

Нестабильность примерно 2% при изменении напряжения от 10 до 400 вольт.

Нестабильность по температуре: -0,5%/градус (те -40% при нагреве от 20` до 100`)

[old_hippie]

Это на 10мА с резистором запуска (100кОм)

Вместо D1 и D2 можно и TL поставить. Будет точнее ток отслеживать. Раз уж от симметрии ушли.

PS Надпись на рисунке - огонь. Мне в голову не пришло на таком пустяке авторство указывать =)

[FAI4]

PS Надпись на рисунке - огонь. Мне в голову не пришло на таком пустяке авторство указывать =)

- да это "на автопилоте"
Здесь скорее дата и особенность версии.
Авторство - "не мое"

Щас еще пару схем нарисую и посчитаю как они работают в LTSpice.

К сожалению, не существует TL431 на отрицательные напряжения, поэтому от температурной нестабильности пока не получается уйти...

[old_hippie]

да это "на автопилоте"

Всё нормально.
Просто действительно показалось забавным.

[FAI4]

Вот здесь в связи с применением TL431 намного стабильнее по температуре и по напряжению:
- нестабильность выходного тока в полном диапазон напряжений (6...400 вольт) составляет 0,4%.
- нестабильность выходного тока при изменении температуры от 20 до 100 градусов составляет 1,2%.

Iст=10мА, работает от 6 вольт примерно.



В схеме итоговый ток стабилизации делится пополам в 2 плеча.
Ток через резистор запуска (100 кОм) составляет до 4мА при 400 вольт

Диод - для компенсации температурной нестабильности Uбэ(Q2)

+ соавторство "old_hippie"

[Wladimir_TS]

здесь недостаток в том что ток зауска через R3 проходит на выход и нестабилизируется.
Те ток через R3 будет сбивать работу стабилизатора тока.
Нужно после запуска "выключать" R3 из работы схемы.

Ну его можно-же очень большого сопротивления поставить. А великая стабильность тока не нужна. Простота-же подкупает.

Для этого в схеме нужно исключить R3.
А поставить резистор запуска параллельно К-Э одного из транзисторов.

Еще лучше.

Re: Стабилизатор тока.

#40

#40 Сообщение FAI4 » 26 май 2023, 23:20
Изображение
Запуск примерно от 8 вольт
Это на 14мА с резистором запуска (100кОм)

Нестабильность примерно 2% при изменении напряжения от 10 до 400 вольт.

Нестабильность по температуре: -0,5%/градус (те -40% при нагреве от 20` до 100`)

А зачем по 2 диода. Один не компенсирует температурный дрейф Б-Э перехода ?

[FAI4]

По 2 диода ставят в ГСТ:

Один диод полностью "вычитается" на Uбэ транзистора.

Второй диод - собственно создает "опорное напряжение" (нетермостабилизиронное)
Напряжение на этом диоде соотносится с резистором в эмиттерной цепи транзистора и определяет ток ГСТ.

[Wladimir_TS]

К сожалению, не существует TL431 на отрицательные напряжения, поэтому от температурной нестабильности пока не получается уйти...

Да не настолько она нужна - как я писал - допустимо изменение тока нагрузки почитай вдвое (лучше в полтора раза скажем от 6 до 10 мА) при полном изменении напряжений источника питания 50-450 вольт (падение на нагрузке близко к 50 вольтам), а вот чем меньше деталей - тем лучше Пусть даже в угоду параметрам.

[Shuare]

..., а вот чем меньше деталей - тем лучше Пусть даже в угоду параметрам.

Так может все-таки полевик + резистор?

[old_hippie]

а вот чем меньше деталей - тем лучше

У мну мама - архитектор-строитель.
И был у неё коллега, который, при рассмотрении проектов, любил говорить: "Это не гениально. Это симметрично."

(тут реверанс в сторону FAI4)

[old_hippie]

..., а вот чем меньше деталей - тем лучше Пусть даже в угоду параметрам.

Так может все-таки полевик + резистор?

На диапазон 10 - 400 (ну, пусть 10 - 340) вольт?...
Думается, разброс параметров превысит все мыслимые допуски.