Stromquelle mit NPN Transistor
Diese Seite zeigt die Grundschaltung für die Konstantstromquelle mit dem NPN Transistor
Von der Spannungsquelle zur Stromquelle...
Im Gegensatz zur Konstantspannungsquelle gibt die Konstantstromquelle immer den selben Strom ab. Und zwar unabhängig vom angeschlossenen Widerstand.
Ändert bei einer Stromquelle den Lastwiderstand, ändert sich anstatt des Stroms die Spannung.
Der einfachste Weg, eine Stromquelle mit konstantem Ausgangsstrom aufzubauen, istdie Kombination einer Spannungsquelle mit einer Stromstabilisierungsschaltung.
Nach diesem Prinzip funtioniet auch die Stromquellenschaltung mit dem NPN Transistor.
Der NPN Transistor als Stromquelle
In dieser Schaltung ist Vcc die konstante Spannung eines Netzgeräts, einer Batterie oder eines Spannungsreglers.
Indem man zu Vcc einen NPN Transistor und drei Widerstände zuschaltet entsteht eine Schaltung, die an ihrem Eingang einen
geregelten Strom zieht. Solche Schaltungen, die an einem Stromeingang einen geregelten Strom ziehen, anstatt ihn zu liefern, nennt man auch Stromsenken.
Die Last wird zwischen Vcc und den Stromeingang angeschlossen.
Funktionsweise der Stromquellenschaltung
An der Basis des NPN Transistors erzeigt der Spannungsteiler von R1 und
R2 eine konstante Basisspannung. Die Emitterspannung ist ebenfalls konstant und um VBE kleiner als die Basisspannung.
Daraus folgt, dass die Spannung, die über R3 abfällt ebenfalls konstant ist. Genauso wie der Strom durch R3.
Der Strom, der durch R3 fliesst, wird vom Transistor geliefert. Und da der Emitterstrom des Transistors hauptsächlich von seinem Kollektor kommt, fliesst dort der Strom IIN hinein, der durch R3 fliest. Dieser Kollektrostrom wird bestimmt durch R1, R2, Vcc, VBE und R3.
Ein Lastwiderstand, der zwischen Vcc und dem Kollektor angeschlossen wird, wird vom Strom IIN durchflossen, ohne dass er ihn beeinflusst. So wirkt diese Schaltung als Konstantstromquelle für jedes Bauteil zwischen Vcc und dem Kollektor.
Der Strom, der durch R3 fliesst, wird vom Transistor geliefert. Und da der Emitterstrom des Transistors hauptsächlich von seinem Kollektor kommt, fliesst dort der Strom IIN hinein, der durch R3 fliest. Dieser Kollektrostrom wird bestimmt durch R1, R2, Vcc, VBE und R3.
Ein Lastwiderstand, der zwischen Vcc und dem Kollektor angeschlossen wird, wird vom Strom IIN durchflossen, ohne dass er ihn beeinflusst. So wirkt diese Schaltung als Konstantstromquelle für jedes Bauteil zwischen Vcc und dem Kollektor.
Bild 1: Stromquelle mit NPN Transistor Schaltbild
Berechnungsformel
Bild 2 zeigt die Formel für die Berechnung von IIN. Der Strom IIN ist abhängig von den Parametern
R1, R2, Vcc, VBE und R3.
Diese Formel ist eine vereinfachte Form, die sowohl den Temperaturkoeffizienten des Transistors sowie auch die Exemplarstreuung und den Basisstrom vernachlässigt. Trotzdem lässt sich diese Formel gut verwenden um den Konstantstrom ziemlich genau zu berechnen.
Diese Formel ist eine vereinfachte Form, die sowohl den Temperaturkoeffizienten des Transistors sowie auch die Exemplarstreuung und den Basisstrom vernachlässigt. Trotzdem lässt sich diese Formel gut verwenden um den Konstantstrom ziemlich genau zu berechnen.
Bild 2: Formel für IIN der NPN Transistor Stromquelle
Stabilitätsgewinn durch Z-Diode an Stelle von R2
Eine noch genauere Konstantsotromquelle kann erstellt werden, indem man R2 durch eine Z-Diode ersetzt.
Damit erreicht man eine bessere Unabhängigkeit gegenüber Schwankungen auf Vcc.
Mit einer Z Diode wird die Spannung auch stabiler gegenüber Laständerungen. Denn wenn mit eine Laständerung der Kollektorstrom des NPN Transistors variiert, ändert sich auch sein Basisstrom. Damit ist bei einem Spannungsteiler mit zwei Widerständen auch eine kleine Spannungsänderung verbunden. Bei einem Spannungsteiler mit einer Z-Diode ist die Basisspannung auch gegenüber Laständerungen konstanter.
Mit einer Z Diode wird die Spannung auch stabiler gegenüber Laständerungen. Denn wenn mit eine Laständerung der Kollektorstrom des NPN Transistors variiert, ändert sich auch sein Basisstrom. Damit ist bei einem Spannungsteiler mit zwei Widerständen auch eine kleine Spannungsänderung verbunden. Bei einem Spannungsteiler mit einer Z-Diode ist die Basisspannung auch gegenüber Laständerungen konstanter.
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Bild 1: Stromquelle mit NPN Transistor Schaltbild
Bild 1: Stromquelle mit NPN Transistor Schaltbild
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Bild 2: Formel für IIN der NPN Transistor Stromquelle
Bild 2: Formel für IIN der NPN Transistor Stromquelle
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