Budowa prostego regulowanego stabilizatora prądu - poprawność schematu

Witam.
Chciałbym poniekąd kontynuować TEN temat. Chodzi o zbudowanie jak najprostszego źródła prądu stałego. Podoba mi się ten układ na opampie


Ale jest zbyt drogi. Chciałbym zbudować matrycę led, w której będą zastosowane 111 takie stabilizatory prądu, czyli liczy się każde 10gr. Zastanawiałem się czy taki układ by się sprawdził.


Potencjometrem by się regulowało ustawienie prądu ok. 0-20mA. Chciałbym zasilić (szeregowo) 4 led z jednego takiego stabilizatora. Napięcie raczej 12V. Na tranzystorze odkładała by się mała moc rzędu kilkudziesięciu mW. Rezystor zasilający bazę może być ok 50kΩ

Dziwnie skomplikowany ten twój układ, czemu ma służyć dioda równolegle do złącza BE tranzystora?

Czego oczekujesz od tego źródła, kompensacja temperaturowa jakaś jest, ale zależność prądu od napięcia zasilania będzie duża.

Po co ci 111 potencjometrów do regulacji prądu, czy nie lepiej dać do tego jakiś mikrokontroler i sterować PWM?

Jeśli chodzi o ograniczanie prądu dla LED-ów, bez regulacji, to całkiem dobrze może działać układ
z 2 tranzystorów i 2 oporników (tranzystor NPN małej mocy zamiast wzmacniacza operacyjnego,
baza do emitera Q1, kolektor do bazy Q1, emiter do masy, dodać opornik do zasilania bazy Q1).

Ewentualnie, jeszcze mniej elementów na każde źródło i nawet z możliwością regulacji, jeśli układ
ma mieć wiele wyjść dających taki sam prąd: ten dodatkowy tranzystor nie musi być przy każdym
wyjściu, wystarczy przy jednym, pozostałe mogą dostawać takie samo napięcie bazy; regulacja
jest możliwa, jeśli ten dodatkowy tranzystor będzie sterowany ze wzmacniacza operacyjnego.

Oba sposoby mają prąd wyjściowy zależny od temperatury: im cieplej, tym mniejszy prąd - ale to
przy zasilaniu LED-ów nawet lepiej, w upały mniejszy prąd mniej je nagrzeje.

@jarek_lnx
dioda równoległa do złącza BE, ma utrzymać stabilne napięcie tego złącza. W danych katalogowych tego tranzystora napięcie BE nie powinno być mniejsze niż 0,57V. Może powinienem jeszcze dać kondensator łagodzący skoki napięć. W ten sposób dioda na poziomie0,4V sterowałaby układem tj "impulsowo". Chciałbym w ten sposób uniknąć kompensacji temperaturowej, która spowodowałaby zmianę ustawionego na PR prądu.

Ogólnie ten projekt jest częścią kontrolera, na którym mi zależało i który próbóję zrekonstruować na zwykłych podzespołach.

_jta_

Coś mi się kojarzy ten układ, który opisałeś. Rozumię, że będzie to zależało od raczej temperatury otoczenia niż sterowania.

Jak mam podłączyć ten wzmacniacz operacyjny? Które układy jako wyjśćia chcesz powielić? Trzeba ten układ startować jakimś kondensatorem/rezystorem.

pinkin - Opornik R1 ma pozostać; między bazą Q1 a + zasilania ma być opornik do zasilania bazy;
opornik '?' w kolektorze Q2 jest zbędny, wzmacniacz operacyjny też, wyjście jest z kolektora Q1.

Poza tym nie wiem, co chcesz uzyskać - jaki prąd ma stabilizować ten układ? 5mA, 50mA, więcej?
Powielić trzeba Q1 i R1; poza tym może być kwestia wydajności prądowej - typowy wzmacniacz
operacyjny ma ograniczenie prądu wyjściowego do 20mA, powiedzmy że tranzystory wyjściowe
mają współczynnik wzmocnienia 100, czyli razem dadzą 2A, jak ich jest 111, to po 18mA, a jeśli
potrzeba więcej, to trochę można uzyskać dając tranzystory o większym wzmocnieniu (np. grupa
-25 - typowe wzmocnienie to numer grupy*10), albo dając dodatkowy stopień wzmocnienia, albo
nie robić jednego układu sterowania na 111 wyjść, a np. 3 po 37 wyjść - tak będzie bezpieczniej,
bo w razie braku obciążenia na kolektorze tranzystora, do którego emitera jest podłączone wejście
wzmacniacza operacyjnego, można mieć rozsądne ograniczenie prądu na innych obciążeniach.

W zasadzie miała być regulacja prądu stałego 0-20mA dla jednego wyjścia. Ale będzie to za każdym razem prawdopodobnie zależało od diód LED jakie dostanę. Czyli prąd może być ustalony przy montaży układu przez wartości rezystorów. Prawdopodobnie i tak to będzie 10mA. Czyli 1wzm. operacyjny teoretycznie by wystarczył. Oczywiście kilka wzm operacyjnych nie stanowiłoby żadnego problemu.



O to chodziło? A co z kwestią powielania?



Tak jak pisałeś _jta_ wzmacniacz operacyjny wysterowuje węzeł z emiterem Q1(wyjściowego). I dobrze rozumię: powielić tylko Q1 i R1? Kwestie wydajności prądowej oczywiście do policzenia po ustaleniu elementów.

Jeśli prąd ma być ustawiony raz przez dobór oporników, to można tak:

Prąd zależy głównie od R1, żeby był 10mA należy dać R1 około 68R.
R2 powinien być około 10k. Może wystarczą BC148 / BC238 / BC548
jako Q1, a Q2 nawet jakieś SMD, jeśli są tańsze. Może LED-y można
łączyć po kilka szeregowo, jeśli jest wystarczające napięcie zasilania,
tak dobierając ich ilość, żeby na tranzystor zostało od 1 do 5V, wtedy
moc tracona w tranzystorze przy 10mA będzie najwyżej 50mW.

To by było coś w tym stylu. Na ok 12V i jeszcze między wyjściem a diodami będzie tranzystor, na którym będzie się prawdopodobnie odkładać jakieś napięcie.


A kwestia powielania wyjść? Tak to mam dalej łączyć, tylko bazę Q1? Nie trzeba zmieniać R2 wskutek powielania wyjść?

Prawidłowo, tylko przy większej ilości wyjść R2 powinien być mniejszy - jeśli prąd na wyjściu
ma być 10mA, to przy wzmocnieniu prądowym tranzystora 100 prąd bazy będzie 0.1mA;
przez opornik 10k popłynie około 1mA, więc przy paru wyjściach może być 10k przy 12V,
ale jak ma być kilkanaście wyjść, to R2 musi być znacznie mniejszy, np. 3k9.
No i dobrze by było, żeby wszystkie tranzystory miały taką samą temperaturę i takie samo
napięcie emiter-baza - inaczej prądy na wyjściach będą się różnić. W układzie z jednym
wyjściem prąd zależy głównie o temperatury Q2 i maleje ze wzrostem tej temperatury;
w układzie z jednym Q2 i wieloma wyjściami jest to prawdziwe dla Q1 podłączonego do
bazy Q2, ale nie dla pozostałych wyjść, np. cieplejszy Q1' da większy prąd niż Q1.

A żadnego sterowania tam nie będzie? Wszystkie 111 kanałów będzie załączone na stałe?

_jta_ napisał:

pinkin napisał:

[...]A kwestia powielania wyjść? Tak to mam dalej łączyć, tylko bazę Q1?

Prawidłowo, tylko przy większej ilości wyjść R2 powinien być mniejszy

To chyba nie jest najlepszy pomysł, bo rozpięcie "pierwszego" łańcucha LED, może się źle skończyć dla wszystkich pozostałych.

Dodane: W normalnych warunkach zaproponowałbym lustro prądowe z powielaniem prądu, ale tutaj przy znacznych mocach traconych w tranzystorach i ich rozproszeniu na płytce trudno byłoby utrzymać jednakową temperaturę.
Może po prostu zrób źródło napięcia np. 1,2V (LM385-1.2) lub 2.5V (TL431), podłącz do tego potencjału bazy wszystkich tranzystorów a w emitery daj rezystory ustalające prąd kolektora:
Ic = (Vref-0.65V) / R

Ilość wyjść dla każdego tranzystora sterującego (Q2) trzeba dobrać tak, by prąd płynący przez R2
był _mniejszy_ od prądu, jaki płynie przez LED-a (czyli 10mA) - to oznacza, że R2 ma być większy
od 1k, można przyjąć z zapasem, np. 1.5k - popłynie przez niego 7mA, na 37 wyjść wystarczy.
Wtedy w razie przerwania w "pierwszym" łańcuchu LED prąd pozostałych LED-ów zmaleje - przez
jego R1 popłynie najwyżej te 7mA i da na nim niższe napięcie, niż przy podłączonym łańcuchu LED.

To już chyba lepiej ograniczyć napięcie CE na tranzystorze "zadającym" np. wspomnianym LM385-1.2 albo nawet LED-em. Można pójść krok dalej i wyrzucić tranzystor zostawiając LED-a:
Po zmianie rezystora 10kΩ na np. 1kΩ i 76Ω na 150Ω (dla LED czerwonej) prąd w każdej gałęzi powinien wynieść ~10mA.

@_jta_ Na początek będę potrzebował taki układ z 6ścioma wyjściami. Umieściłbym tranzystory ciaśniutko obok siebie, a na górę bym np dał aluminiową blaszkę. Wszystko wysmarowane w paście termoprzewodzącej.

@komatssu Napomknąłem raz, do kolektora ma być przyczepiony prawdopodobnie tranzystor do sterowania. Ogólnie to ma być cały układ, na którym również sie odłoży jakieś napięcie. Dlatego istotne są dla mnie wszelkie spadki napięć w stabilizatorze. Co do sterowania są pewne wytyczne, które musi zawierać, ale kwestia sterowania to dalsza droga.

@Tomasz Gumny Rzeczywiście jest tak jak piszesz. Przynajmniej tak wynika z symulatora. Rozpięcie pierwszego łańcucha, spowodowało spadek potencjału na bazie/bazach Q1. Prąd na 2giej gałęzi wtedy schodzi do 1mA(w symulatorze).


Co do zaproponowanego schematu ostatniego postu (#13), zaczyna mi się to kojarzyć z zaproponowanym przeze mnie schematem na samym początku(pierwszy szkic w paint). Z tym że, trochę inaczej to wtedy rozumiałem. Ogólnie chodziło mi o zastosowanie podobnego "tricku" jak w opampie, gdzie na wejściu jedno złącze BE daje powiedzmy +0,7V, a za nim drugie -0,7V.
Ogólnie po podsumowaniu wszystkiego mam taką propozycję.

Qtermometr- też BC549, chciałbym, żeby kompensował w ten sposób napięcie BE tranzystora WY.
Rezystory- 1%
Kondensator- wystarczyłby 0,5nF, ale dałem po 1nF.
Wzmacniacz operacyjny- nieustalony(?)

To co się będzie działo za kolektorem wyjścia to chaos. Jedna gałąź WY nie może w żaden sposób wpływać na inną. Układ sterowania może działać nawet z częstotliwością 20hz, czyli to by powodowało(wymagało od stabilizatora) 480 zmian na sekundę przy układzie z 3ma wyjściami.

Przyznam, że nic nie rozumiem z tego układu. Jeśli chcesz kompensować zmiany Ube spowodowane nagrzewaniem tranzystorów, to po prostu wstaw szeregowo z Uref takie złącze dodatkowego tranzystora połączonego z innymi termicznie (np. zamiast LED w moim schemacie wstaw LM385-1.2 + Ube).
Pojemności tylko zepsują stabilizację prądu przy szybszych zmianach napięcia zasilania lub odniesienia.

Tomasz Gumny napisał:

wstaw szeregowo z Uref takie złącze dodatkowego tranzystora połączonego z innymi termicznie

Właśnie to zrobiłem. Uref jest na emiterze tranzystora opisanego jako "termometr". Mam zamiar go połączyć termicznie, choć nie jest to konieczne, gdyż większość nadwyżki napięcia, będzie odkładana w układzie sterowania, czyli za wyjściem stabilizatora. Będę szukał tranzystorów "z jednej taśmy".

Kondensatory są czysto teoretyczne. Liczyłem je wg czasu reakcji tranzystora. Napięcie odniesienia ma być właśnie na nich, stałe. Ten układ miałby działać tak, że potencjał z emitera tranzystora wyjściowego, ma być taki sam jak Vref.

Układ mi się ogólnie nie podoba, przez różne potencjały BE. Poczekam, może jeszcze jakieś pomysły?

Przez złącze tranzystora "termometr" nie płynie żaden prąd więc nie odłoży się na nim żadne napięcie, żeby to działało musi tamtędy płynąć prąd.

Współczynnik temperaturowy napięcia złącza zależy od prądu więc najlepiej żeby prąd złącza kompensującego był taki sam jak tranzystorów wyjściowych.

Cytat:

Kondensatory są czysto teoretyczne. Liczyłem je wg czasu reakcji tranzystora.

stała czasowa 33ns raczej nic nie zmieni.

Nie zmieni, przynajmniej przy częstotliwości sygnału rzędu 20Hz, a nawet 480 przełączeń na sekundę (swoją drogą, nie rozumiem, jak z 20Hz wychodzi te 480).

A może do uzyskiwania napięcia dla baz tranzystorów układ na dwóch tranzystorach (jak w #7, ale bez LED) i napięcie z bazy Q1 podać na inne tranzystory?
Z tym, że w tym układzie prąd _maleje_ przy wzroście temperatury Q2 (a prawie nie zależy od temperatury Q1), a napięcie maleje przy wzroście temperatury
dowolnego z nich (i w rezultacie przy jednakowym wzroście temperatur wszystkich tranzystorów prąd LED-ów będzie malał, z grubsza liniowo).

Ok, chyba za bardzo poniosła mnie fantazja z tymi kondensatorami.

@jarek_lnx Jedyne co mi przychodzi do głowy, to dać rezystor 3k32 między emiterem tr. "termometr", a masą. Pod warunkiem, że wzmocnienie BC549 to 100 przy danych parametrach.

@_jta_ Zakładałem w jednym układzie 3 wyjścia, a w każdym po 4 led. Czyli włączając 12led i wyłączając 12led to 24 zmiany*20Hz= 480. Tak to liczyłem.
Chciałbym, żeby układ zachował stabilność dla temperatur otoczenia (około) od +5*C do +50*C. Sprawdzę ten układ z podaniem stałego napięcia dla baz w praktyce, bo mi symulator wariuje. W sumie układ #7 też jest dobry. W obu układach prąd się będzie zmieniał wskutek traconej mocy na tranzystorach wy. Pozostaje tylko kwestia temperatury otoczenia.

Można do stabilizacji prądu użyć takiego układu, ale to już trochę skomplikowane:

i na dodatek nie działa przy małych prądach (przy zbyt niskim napięciu na R1).
Prąd na wyjściu jest w przybliżeniu równy napięcie_wejściowe / R1. Stabilność
termiczna zależy głównie od T3 i T4 - powinny mieć jednakowe temperatury.
Jest to schemat równoważny pierwszemu układowi w #1.

A nie prościej byłoby użyć stabilizatora lm317 i jednego opornika ustalającego prąd?

Myślę, że może wyjść taniej niż montowanie układu z kilku elementów, a już na pewno będzie prostsza PCB, mniej wiercenia i lutowania.

Jeśli jest akceptowalne to, że prąd maleje ze wzrostem temperatury otoczenia, to układ z #7, ale
bez LED-a (albo podłączony LED użyty do podświetlania czegoś - w każdym razie nie jeden z tych,
które mają być wyłączane); napięcie z bazy Q1 (a kolektora Q2) można podać na bazy tranzystorów
stabilizujących prąd dla przełączanych LED-ów, Q1 powinien być połączony z nimi termicznie,
natomiast Q2 powinien być w takiej samej temperaturze, jak LED-y.
A jeśli wymagane jest, by prąd nie zależał od temperatury, to odwrotna polaryzacja (stabilizatory
prądu z tranzystorów PNP na +zasilania), i w roli Q2 układ LM4041-ADJ - on działa jak tranzystor
PNP o niezależnym od temperatury i prądu napięciu emiter-baza równym -1.24V. LM4041-ADJ
jest stosunkowo drogi (prawie 2zł brutto), ale wystarczy jeden na cały układ.

Razem z kolegą jta, przez korespondencje pw, doszliśmy do rozwiązania zagadki. Z uwagi na konieczność regulacji prądu w układzie, trzeba by było zastosować układ z postu #20. Dodatkowo należy umożliwić regulację prądu prawie od zera, w związku z tym są opcjonalnie 3 warianty rozwiązania:
1. Dobrać tak tranzystory, żeby napięcie w Q3 i Q4 Ueb było wyższe, niż (Q2 Ube+Q4 Uec)
2.Podnieść napięcie emiterów Q3 i Q4

3. Podnieść na jednej diodzie napięcie wejścia i wyjścia (masę wejścia podpiąć między R1, a diodę, w poniższym schemacie)

Dziękuję wszystkim za pomoc.

Te cztery diody prostują ? Jakie to ma zastosowanie ?

Które cztery diody masz na myśli?

Na schemacie .

Napisz jaśniej. Tu jest wiele schematów, i są takie, na których jest więcej, niż 4 diody.

htm72 napisał:

Te cztery diody prostują ? Jakie to ma zastosowanie ?

Obojętnie na który schemat spojrzymy nie ma tu napięć zmniennych/przemiennych i żadnego prostowania, diody w schematach to albo mają świecić jeśli są to LED, albo wprowadzić spadek napięcia o wartości napięcia przewodzenia (0,6V) jeśli są to zwykłe diody krzemowe. Jeszcze jest schemat w którym LED pełni funkcję napięcia odniesienia.