เครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าคงที่อย่างง่ายโดยใช้ทรานซิสเตอร์

พวกเราหลายคนที่เคยทำงานกับวงจรอนาล็อกมักจะเจอคำว่าแหล่งกำเนิดแรงดันและแหล่งกระแสในการออกแบบวงจร ในขณะที่สิ่งใดก็ตามที่ให้แรงดันไฟฟ้าคงที่เช่นเอาต์พุต USB 5V ธรรมดาหรืออะแดปเตอร์ 12V ถือได้ว่าเป็นแหล่งจ่ายแรงดัน แต่คำว่าแหล่งกระแสไฟฟ้ามักจะยังคงเป็นปริศนาเสมอ และวงจรจำนวนมากโดยเฉพาะวงจรที่เกี่ยวข้องกับ Op-Amp หรือวงจรสวิตชิ่งจะทำให้คุณต้องใช้แหล่งกระแสคงที่เพื่อให้การออกแบบทำงานได้ แหล่งที่มาปัจจุบันหมายถึงอะไร? มันจะทำงานอย่างไรและทำไมจึงจำเป็น?

ในการกวดวิชานี้เราจะมาหาคำตอบสำหรับคำถามเหล่านี้และเรายังจะสร้างและทดสอบวงจรแหล่งจ่ายกระแสคงที่ง่ายโดยใช้ทรานซิสเตอร์วงจรที่ใช้ในบทช่วยสอนนี้จะสามารถส่งกระแสคงที่ 100mAไปยังโหลดของคุณได้ แต่คุณสามารถปรับเปลี่ยนได้โดยใช้โพเทนชิออมิเตอร์ตามข้อกำหนดการออกแบบของคุณ น่าสนใจ! มาเริ่มกันเลย

แหล่งที่มาของกระแสคงที่ (CC) คืออะไร?

โดยปกติเมื่อไดรฟ์หน่วยจ่ายไฟโหลดสามารถมีได้สองโหมดที่เป็นไปได้ของการดำเนินการอย่างใดอย่างหนึ่งโดยแรงดันคงที่ (CV) โหมดของการดำเนินงานและอื่น ๆ โดยคงที่ในปัจจุบัน (CC) โหมดการดำเนินงาน

ในโหมด CV แหล่งจ่ายไฟจะทำให้แรงดันเอาต์พุตคงที่และเปลี่ยนกระแสเอาต์พุตตามที่ต้องการโดยความต้านทานโหลด ตัวอย่างที่ดีที่สุดคือพอร์ต USB 5V ของคุณซึ่งแรงดันขาออกจะคงที่ที่ 5V แต่ขึ้นอยู่กับโหลดกระแสจะแตกต่างกันไป หากคุณเชื่อมต่อไฟ led ขนาดเล็กมันจะดึงกระแสน้อยลงและถ้าคุณเชื่อมต่ออันที่ใหญ่กว่าก็จะดึงกระแสได้มากกว่า แต่แรงดันไฟฟ้าของ LED จะเป็น 5V เสมอ

ในโหมด CC แหล่งจ่ายไฟที่เป็นแหล่งกระแสไฟฟ้าในอุดมคติจะทำให้กระแสเอาต์พุตคงที่และเปลี่ยนแรงดันขาออกตามที่ต้องการโดยความต้านทานโหลด ตัวอย่างนี้จะเป็นเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ 12V ในโหมด CC ซึ่งกระแสไฟจะคงที่โดยแรงดันไฟฟ้าจะแตกต่างกันไป ในกรณีที่แบตเตอรี่ของคุณเป็น 10.5V หากคุณเชื่อมต่อกับเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ 1A 12V กระแสไฟขาออกจากเครื่องชาร์จของคุณจะเป็น 1A เสมอ แต่แรงดันขาออกจะแตกต่างกันไปเพื่อรักษากระแสชาร์จ 1A นี้ไว้ ดังนั้นนี่คือที่ที่จำเป็นต้องใช้วงจรกระแสคงที่ตัวอย่างอื่น ๆ อาจเป็นวงจรขับ LED กระแสคงที่ซึ่งกระแสแม้ว่า LED จะต้องคงที่

แหล่งจ่ายกระแสคงที่ 100mA อย่างง่ายโดยใช้ทรานซิสเตอร์

ในโครงการนี้เราจะสร้างเครื่องกำเนิดแหล่งกำเนิดกระแสคงที่ทรานซิสเตอร์อย่างง่ายโดยใช้ส่วนประกอบเพียง 4 ชิ้น เป็นวงจรราคาไม่แพงมากที่สามารถให้แหล่งจ่ายกระแสคงที่ 100mAโดยใช้แหล่งจ่ายไฟ 5V นอกจากนี้ยังมีโพเทนชิออมิเตอร์เพื่อควบคุมเอาต์พุตปัจจุบันตั้งแต่ช่วง 1 ถึง 100mA จะให้กระแสคงที่แม้ว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงความต้านทานโหลดก็ตาม สิ่งนี้จะเป็นประโยชน์ในการใช้เมื่อวงจรต้องการแหล่งจ่ายกระแสคงที่โดยไม่มีความผันผวน ก่อนหน้านี้เราได้สร้างวงจรแหล่งกำเนิดกระแสประเภทอื่นที่เรียกว่า Howland Current Pump Circuit และวงจร Current Mirror คุณสามารถดูได้หากสนใจ ตอนนี้ให้ดูวัสดุที่จำเป็นสำหรับโครงการนี้

วัสดุที่ต้องการ:

1. TL431
2. BC547
3. ตัวต้านทาน 2k 1%
4. ตัวต้านทานตัวแปร 10k
5. ตัวต้านทาน 22R 1%
6. อะแดปเตอร์ 5V DC หรือหน่วย PSU
7. ความต้านทานต่อโหลดที่แตกต่างกันตามความต้องการ
8. เขียงหั่นขนมและเกี่ยวสายไฟ
9. มัลติมิเตอร์สำหรับการทดสอบ

ตามที่ระบุไว้ใน BOM ข้างต้นวงจรประกอบด้วยส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่เพียงสองส่วนคือ TL431 และ BC547 TL431 เป็นตัวควบคุมการปัดที่ใช้การอ้างอิงแรงดันไฟฟ้า 2.5V รองรับกระแสแคโทด 1-100mA สำหรับการดำเนินการที่เกี่ยวข้องกับ shunt แพคเกจของส่วนประกอบนี้เหมือนกับทรานซิสเตอร์ผ่านรูทั่วไป ส่วนประกอบอื่น ๆ เป็นส่วนประกอบแฝง ตัวต้านทานต้องมีค่าเผื่อ 1% เพื่อให้ได้เอาต์พุตที่แม่นยำ

แผนภาพวงจรแหล่งกระแสคงที่:

แผนภาพวงจรสำหรับแหล่งกระแสคงที่โดยใช้โครงการทรานซิสเตอร์แสดงไว้ด้านล่าง

วงจรด้านบนเชื่อมต่อทั้งหมดด้วยลิน 5V ต้องเชื่อมต่อโหลดเอาต์พุตระหว่างเอาต์พุตและการเชื่อมต่อ GND ในแผนผังดังกล่าวข้างต้น BC547 ทำงานเป็นทรานซิสเตอร์ผ่าน,