Reklama

Jednoduché proudové zdroje

Úvod

V tomto článku se zaměříme na dva jednoduché zdroje konstantního proudu. Může nastat případ, kdy potřebujeme získat konstantní hodnotu proudu pro různou hodnotu napětí na zátěži RZ např. pro nastavení proudu LED diodami, nebo laserem apod. Jednoduchých proudových zdrojů je mnoho, ale v tomto příspěvku se zaměříme pouze na jednoduchou variantu s použitím dvou tranzistorů (NPN, nebo PNP) a na variantu s použitím velmi populárního integrovaného obvodu LM317.

Popis proudového zdroje s tranzistory

Jako první se tedy podíváme na zdroj proudu, který je složený ze dvou tranzistorů. Na Obr. 1 vlevo lze vidět zdroj proudu složený z NPN tranzistorů a na Obr. 1 vpravo lze vidět verzi s PNP tranzistory.

Obr. 1: Zdroje proudu s použitím dvou tranzistorů

Obr. 1: Zdroje proudu s použitím dvou tranzistorů

Princip tohoto zdroje je velmi jednoduchý, proto si popíšeme pouze variantu s NPN tranzistory. Rezistor R1 otevírá tranzistor T2, přes který začne protékat proud. Ten je určený velikostí rezistoru R2, protože je na něm stálé napětí přibližně 0,7 V. Pokud by bylo napětí na rezistoru R2 větší než přibližně 0,7 V, což je přechod báze-emitor tranzistoru T1, tak dojde k otevírání tranzistoru T1 a tím k uzavírání T2. Tímto principem dosáhneme stavu, kdy přes rezistor R2 protéká proud, který je určený vztahem:

 

IR2 = UR2 / R2, nebo také IR2 = UBET1 / R2

 
Rezistor R2 a tranzistor T2 je nutné správně výkonově dimenzovat, viz:
 

PR2 = UR2 * IR2, nebo také PR2 = R2 *IR22
PT2 = UCET2 * ICET2

Praktické zapojení proudového zdroje s tranzistory

Podle elektronického schématu na Obr. 1 byl postaven zdroj proudu s tranzistory NPN. Ze šuplíkových zásob byl vybrán tranzistor BC337-40 (Ic = 800 mA, Uce = 45 V, h21e = 250 – 630). Vytvořený proudový zdroj bude použit pro rozsvícení LED diody, pro kterou potřebujeme nastavit velikost procházejícího proudu na 15 mA. K tomu je potřeba vypočítat velikost odporu pro rezistor R2. Velikost odporu je určena vztahem:

 

R2 = UBE / IC
R2 = 0,7 / 0,015
R2 = 46,6 Ω=> 47 Ω

 

Výsledné schéma elektronického obvodu vypadá následovně, viz Obr. 2.

Obr. 2: Tranzistorový zdroj proudu pro LED diodu

Obr. 2: Tranzistorový zdroj proudu pro LED diodu

Naměřené a vypočítané hodnoty vytvořeného zdroje proudu:
 
VCC = 6 V
UR1 = 4,83 V
UR2 = 0,526 V
ULED = 2,04 V
UCET1 = 1,16 V
UCET2= 3,42 V
IR1 = 0,149 mA
ILED = 11,3 mA
PR2 = 5,94 mW
PT2 = 38,65 mW

Nižší hodnota proudu je způsobena menším napětím UBE na použitém tranzistoru T1. Pro požadovaný proud 15 mA bychom museli použít rezistor o hodnotě 35 Ω, tzn. použít rezistor (např. z řady E24) 33 Ω.

Popis proudového zdroje s integrovaným obvodem LM317

Druhým popisovaným schématem je zdroj proudu s použitím integrovaného obvodu LM317. Jedná se o velmi jednoduché zapojení z katalogového listu, viz Obr. 3.

Obr. 3: Zdroj proudu pomocí integrovaného obvodu LM317, převzato z [1]

Obr. 3: Zdroj proudu pomocí integrovaného obvodu LM317, převzato z [1]

Integrovaný obvod LM317 může pracovat podle provedení až do hodnoty proudu 1,5 A a výstupní napětí může být až 37 V. Rozdíl mezi vstupním a výstupním napětím může být maximálně 40 V (je doporučené mít rozdíl mezi “Vin” a “Vout” v rozmezí 3 – 40 V [3]). Minimální velikost procházejícího proudu může být 10 mA. Funkce tohoto zdroje je velmi jednoduchá. Mezi piny “ADJ” a “VO” je vždy napětí přibližně 1,25 V, proto přes rezistor R1 prochází konstantní proud, který je určen vztahem:

 

IR1 = UR1 / R1

Praktické zapojení proudového zdroje s integrovaným obvodem LM317

Stejně jako pro předchozí zdroj proudu pomocí tranzistorů si zde uvedeme příklad s LED diodou, pro kterou budeme chtít nastavit opět protékající proud 15 mA. Elektronické schéma zapojení proudového zdroje ukazuje Obr. 4. Doporučuji použít i blokovací kondenzátory C1 a C2 pro filtraci vstupního a výstupního napětí.

Obr. 4: Zdroj proudu pro LED diodu za použití integrovaného obvodu LM317

Obr. 4: Zdroj proudu pro LED diodu za použití integrovaného obvodu LM317

Výpočet rezistoru R1 pro nastavení protékajícího proudu 15 mA ukazuje následující postup:

 

R1 = UR1 / IR1
R1 = 1,25 / 0,015
R1 = 83,33 Ω
R1 = 82 Ω => IR1 = UR1 / R1 => IR1 = 1,25 / 82 = 15,24 mA

 

Důležité je správně dimenzovat rezistor na vzniklou výkonovou ztrátu, viz:

 

PR1 = UR1 * IR1, nebo také PR1 = R1 * IR12
PR1 = 1,25 * 0,01524 = 18,75 mW

 

Dále je také důležité chladit integrovaný obvod LM317, pokud je to nutné. Na integrovaném obvodu vzniká výkonová ztráta určená vzorcem:

 

PIC1 = (VCC – UR1 – ULED) * IR1

 

Naměřené a vypočítané hodnoty vytvořeného zdroje proudu:

 
VCC = 9 V
UR1 = 1,23 V
ULED = 2,1 V
ILED = 15,3 mA
UIC1 3-2 = 5,64 V
PR1 = 18,8 mW
PIC1 = 86,29 mW
 

Pokud používáte zdroje proudu pro řízení více LED diod, tak je zapojujte sériově, kdy máte jistotu, že procházející proud jednotlivými LED diodami je stejný. Samozřejmě maximální počet LED diod v sérii omezuje velikost vstupního napětí, protože jednotlivé úbytky napětí na LED diodách se sčítají.

 
Aktualizace: 13.10.2015
 

[1] ON Semiconductor. LM317, NCV317 – 1.5 A Adjustable Output,
Positive Voltage Regulator
[online] citováno 15. července 2015. Dostupné na www: http://www.mpja.com/download/31800ps.pdf
[2] ON Semiconductor. Amplifier Transistors [online] citováno 15. července 2015. Dostupné na www: http://lipid.biocomp.unibo.it/~raffo/Solar/343-16444-0-BC337.pdf
[3] TEXAS INSTRUMENTS. LM317 3-Terminal Adjustable Regulator[online] citováno 15. července 2015. Dostupné na www: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm317.pdf
Následující a předchozí příspěvek v kategorii:

 
Následující: Jednoduché proudové zdroje
Předchozí: Vytvoření virtuálního spojení dvou sériových linek pomocí com0com
 
Tajned facebook
 
 

Za případné chyby v textu, ve zdrojovém kódě, nebo ve schématickém zapojení se omlouváme.
AUTOŘI NEBEROU ŽÁDNOU ODPOVĚDNOST ZA PŘÍPADNÉ ÚJMY NA ZDRAVÍ ČI MAJETKU.