Маломощный стабилизатор тока для питания лазеров

Рассмотрим простейшую схему стабилизатора тока на четырёх компонентах. Применять её лучше для светодиодов и лазеров при их питании от любого нестабилизированного по току источника.

Для светоизлучающих диодов и лазеров важно значение тока, протекающего через них. Когда кристалл нагревается, то уменьшается сопротивление и как следствие при неизменном напряжении питания увеличится ток, если он будет более заявленного производителем, то прибор будет еще больше нагреваться и вскоре после непродолжительной работы может деградировать или вовсе выйти из строя, таким образом один из плюсов этих приборов: большая продолжительности жизни аннулируется. Чтобы этого не произошло мы сделаем устройство, следящее за значением тока и предотвращающее его изменение, даже при уменьшении сопротивления нагрузки.

Как работает
Всё отключено, подключаем источник питания к нужным узлам — светодиод светится «от 12 Вольт» и не сгорает, хотя рассчитан на ~2.7-3 Вольта МАКСИМУМ, ток, протекающей через него менее 17 мА (при рекомендованном 20 мА). Светодиод светит из-за открытого транзистора T1, который открывается через резистор R1. Теперь посмотрим на токоследящий резистор R2, суть в том, что напряжение на нём можно узнать, перемножив его сопротивление на ток, протекающий через него (по закону Ома). Сейчас гляньте на второй транзистор T2, между его база-эмиттером и включён этот резистор-шунт. При увеличении тока через цепь светодиод-переход коллектор-эмиттер T1-резистор T2 на последнем будет падать большее напряжение и когда оно достигнет такого значения, когда откроется T2 (~0,6-0,7В), базе NPN транзистора T1 будет притянута к минусу, он прикроется — это последовательная отрицательная обратная связь.

Испытание и стабильность
Подключаем амперметр напрямую к выходу (питание 10 В):

Отлично, теперь красный СИД 5 мм, 20 мА:
Но, если в случае индикаторного светодиода всегда можно подключить резистор с большим запасом, то при питании таких требовательных устройств как оптические квантовые генераторы стабилизатор уже необходим, ибо убить лазер легко.

Для такого лазера (650 нм 5 мВт) номинальный ток до 40 мА. Выходное напряжение составило 2,07 В, то есть потребляемая мощность 35 мВт.

Да, стабильность этой схемы не совершенна, но изменение тока даже при таком значительном увеличении питающего напряжения незначительно, вот график тестирования:

Расчёт токоопределяющего резистора
Напряжение насыщение UБЭ (для кремниевого биполярного транзистора 600-700 мВ) делим на желаемый ток:

R = UБЭ / I

Если заявленный ток нагрузки 20 мА, то возьмите с запасом в меньшую сторону, например 17 мА:

R = 0,65 В / 0,017 A = 38.23 Ом (берем 39 Ом как ближайший)

Также необходимо найти сопротивление R1, что будет зависеть от транзистора, мой C4106 имеет коэффициент передачи по току:

Нужно знать наименьшее напряжение питания и ток стабилизации, например у меня это Uмин = 5 В, Iст = 17 мА, таким образом чтобы была возможность обеспечить на выходе расчётный ток, ток базы должен составлять:

Ib = Iст/h21e (min) = 17 мА/20 = 0,85 мА
Тогда сопротивление резистора:

R1 = Uмин-UbeT1-UbeT2/Ib = (5,0-0,70-0,70)/0,85 мА = 4,23 кОм

Но нужно брать с запасом в меньшую сторону, то есть не менее 4.2 кОм.
Также при больших значениях Iст нужно не забыть о мощности резистора R2, она должна быть не менее:

P = I2*R = 17*17*39 = 11271 мкВт = 11,27 мВт

Печатная плата
Платка получилась миниатюрной, разъёмы подключения угловые штыри, компоненты дискретные. Для маломощной нагрузки (как в примере) такой мощный транзистор T1 может быть избыточен, но при большем токе стабилизации он как раз пригодится, так как легко прикручивается на рассеиватель тепла.

current_source_pcb_smt_tht.zip

[5.3 Kb] (скачиваний: 44)

Демонстрация работы

Список компонентов
T1 — 2SC4106 (лучше взять BD137/BD241);
T2 — BC547 (маломощный NPN транзистор в TO-92 корпусе);
R1 — 1 кОм 0,25 Вт (определяет ток базы и соответственно наибольший возможный ток коллектора T1, при увеличении Iст номинал должен быть уменьшен);
R2 — 39 Ом 0,25 Вт (для Iст = 17 мА);

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Подборки: Источник тока Стабилизатор Драйвер

Источник: usamodelkina.ru

Добавить комментарий