Parametrické stabilizátory prúdu



       Schéma najjednoduchšieho parametrického stabilizátora prúdu, ktorý využíva vlastnosti bipolárneho tranzistora v zapojení so spoločnou bázou (SB) je na naledujúcom obrázku spolu s výstupnými charakteristikami:

  

Poznámka ku schéme a grafu :
Zdroj UEE  je súčasť stabilizátora, bez neho by stabilizátor nefungoval !   V praxi sa realizuje rôznymi spôsobmi.  Zdroj UCC  je napájací zdroj celého obvodu, teda stabilizátora spolu so záťažou R Z.
Charakteristiky sú úmyselne kreslené so sklonom, aby bolo možné do nich zakresliť zmenu kolektorového prúdu DI2. V skutočnosti je typické pre zapojenie so SB, že charakteristiky sú skoro rovnobežné s osou X, teda s osou UKB
! !

       Z výstupných charakteristík tranzistora na obrázku vidíme, že kolektorový prúd závisí výrazne od emitorového prúdu a len veľmi málo od napätia medzi kolektorom a bázou. Napätie UKB, čo je zároveň aj výstupné napätie stabilizátora U2,  sa môže meniť v závislosti od zmeny napájacieho napätia UCC  a zmeny odporu záťaže RZ, pričom prúd kolektora I2 je konštantný.  Teda pre výstupný obvod stabilizátora platí vzťah :

U2 = UKB = UCC - RZ.I2     [V ; W, A]

       Obvodové riešenie jednoduchého zdroja prúdu používaného v praxi je na obrázku vpravo.  Ako z obrázka vidno, ide o zapojenie s bipolárnym tranzistorom T,  v zapojení SB,  vo funkcii parametrického stabilizátora prúdu a dvoch diód, D1  a  D2 ,  vo funkcii zdroja napätia, v predchádzajúcej schéme označeného ako UEE.  Ak zanedbáme prúd bázy IB  tranzistora T, potom prúd kolektora I2,  môžeme vypočítať zo vzťahu :

     [A ; V, W]

       V tomto vzťahu sa počíta u kremíkových diód a prechodov B-E tranzistorov s úbytkom napätia  0,65 V.  Takto realizované zdroje prúdu sa v súčasnosti vo veľkej miere používajú v nízkofrekvenčných koncových zosilňovačoch výkonu.
       Nevýhodou takto realizovaných zdrojov prúdu je závislosť výstupného prúdu I2  na teplote súčiastok. Je to preto, lebo teplotné súčinitele napätí kremíkových diód a tranzistorov nie sú rovnaké. Minimalizovať túto nevýhodu sa dá vzájomným teplotným prepojením jednotlivých diód a tranzistora a tiež výberom diód a tranzistorov s vhodnými teplotnými vlastnosťami.



       Ďalšie obvodové riešenie zdroja prúdu používaného v praxi je na obrázku vľavo.  Ako z obrázka vidno, ide o zapojenie s bipolárnymi tranzistormi T1  a  T2.  Tranzistor T2  pracuje vo funkcii parametrického stabilizátora prúdu a tranzistor T1  vo funkcii zdroja napätia ( prechod B-E  je polarizovaný v priamom smere a slúži ako dióda.)
       Výhodou takto riešeného zdroja prúdu je to, že tranzistory, najmä ak sú umiestnené na spoločnej základnej doštičke ( substráte ), majú rovnaké vlastnosti ( UBE2= UBE1,  h21E2= h21E1,  teplotné súčinitele napätí oboch tranzistorov sú rovnaké a pod.)  Z tejto skutočnosti potom vyplýva, že prúdy I2  a  I1  sú rovnaké, teda platí :

I2 =  I1

Takto realizovaným zdrojom prúdu hovoríme "prúdové zrkadlo"  a výstupný prúd I2  vieme nastaviť zmenou odporu rezistora R1.
       V súčastnosti sa tieto zdroje prúdu používajú v integrovaných obvodoch a operačných zosilňovačoch, ktoré vďaka aj týmto zdrojom majú veľmi dobré vlastnosti. V týchto obvodoch sa používajú nie len vo funkcii zdrojov prúdu, ale aj vo funkcii dynamických záťaží zosilňovacích prvkov.




       Vo funkcii zdroja prúdu môžeme použiť aj unipolárny tranzistor. Zapojenie takéhoto zdroja je na nasledujúcom obrázku a).



obr. a)



obr. b)

       Podobne ako pri bipolárnych tranzistoroch, aj pri unipolárnych tranzistoroch sa pre potreby zdrojov prúdu využívajú ich vhodné výstupné charakteristiky. Ako z grafov na obr. b) vidno, aj u unipolárneho tranzistora je závislosť výstupného prúdu I2  od napätia UKE  zanedbateľná. Veľkosť prúdu I2  výrazne závisí od napätia UGE hradla G. Pri použití unipolárneho tranzistora s vodivým kanálom vodivosti typu N  ( ako je to v našom prípade )  môžeme privedením záporného napätia UGE na hradlo G  tranzistor privrieť. Toto záporné napätie získavame na rezistore RS , keď ním preteká prúd I2. Platí :

URS =  - UGE

       Činnosť obvodu je veľmi jednoduchá. Zvýšením prúdu I2  sa zvýši aj napätie URS,  čím sa tranzistor T  privrie a obmedzí sa ďalšie zväčšovanie prúdu I2.  Podobne to je aj pri zmenšení prúdu I2.  Napätie na rezistore RS  klesne a tým sa tranzistor T  priotvorí, následkom čoho je obmedzený poklesu prúdu I2.  Veľkosť tohto prúdu je možné meniť zmenou odporu rezistora RS.  Zväčšením jeho odporu sa zlepšuje stabilizácia, ale znižuje sa veľkosť odoberaného prúdu. Vnútorný odpor týchto stabilizátorov je rádovo 105 W.

       Použitie takýchto zdrojov prúdu je veľmi časté vo funkcii dynamických záťaži pre zosilňovacie prvky, ale najdeme ich aj v elektronických súčiastkách, ktoré majú potom veľký rozsah napájania, napr. LED diódy, ktoré môžu byť pripojené na napájacie napätie v rozsahu  5 V až 20 V .




!!!   Použitie obsahu stránok alebo ich častí na "kvaziautorské" a komerčné účely je v rozpore s autorskými právami a je možné len so súhlasom autora   !!!

Spracoval :  Ing. Alexander Žatkovič
Prípadné pripomienky alebo otázky zasielajte na adresu