Источник тока держит ток в нагрузке почти постоянным, пока напряжение на ней меняется в пределах его запаса. Так питают светодиоды, заряжают аккумуляторы, задают ток датчиков и смещение каскадов. Калькулятор считает четыре типовые схемы; разобранные на макете варианты с выбором деталей — на страницах «Источник стабильного тока на LM317» и «Питание светодиодов стабильным током».
Схемы и формулы
| Схема | Ток | Напряжение соответствия |
|---|---|---|
| LM317, резистор OUT–ADJ | UREF/R + IADJ | Uпит − 1,25 − 3 В |
| Транзистор, опора на базе | α(Uоп − UBE)/RE | Uпит − (Uоп − UBE) − UCE(sat) |
| ОУ + MOSFET | Uзад/R | Uпит − Uзад − UDSmin |
| Токовое зеркало | Uпит − UCE(sat) |
LM317. TI SLVS044Z, разд. 7.3.3: один резистор, I = 1,25 В/R; onsemi добавляет ток ADJ 50 мкА (до 100 мкА). Разброс опорного 1,2–1,3 В даёт ±4 %. Стабилизатору нужен запас до 3 В между входом и выходом (разд. 7.4.2), а ток ниже 3,5–10 мА он может не удержать. Резистор с ближайшим большим номиналом из ряда даёт ток не выше заданного.
Транзистор с опорой. Стабилитрон, светодиод или TL431 держат на базе Uоп, на эмиттерном резисторе остаётся Uоп − UBE. В нагрузку идёт ток коллектора — α от тока эмиттера, α = β/(β + 1): при β = 100–200 это минус 0,5–1 %. VBE у BC546 — от 0,55 до 0,70 В при 2 мА и до 0,77 В при 10 мА; этот разброс и даёт основной разброс тока. Ток коллектора BC546 — до 100 мА.
ОУ + MOSFET. TI SBOA327A: ОУ держит на токовом резисторе напряжение задания, Io = Ui/R3. Ошибку даёт смещение ОУ: ±UOS/R. Вход ОУ должен работать у нуля — например, LM358. Выход ОУ должен подняться до Uзад + UGS: у LM358 при питании 5 В он доходит только до 3,5 В, а логическому MOSFET вроде IRLZ44 при токе около 1 А нужно 2,2–2,3 В на затворе — калькулятор проверит это.
Токовое зеркало. Kuphaldt, т. III, гл. 4: диодно включённый транзистор задаёт VBE, второй транзистор повторяет его ток. Два тока баз уходят из опорного тока, отсюда множитель β/(β + 2) — наш вывод по закону Кирхгофа. Рассогласование пары калькулятор считает через разницу VBE: ток повторяется с множителем e±ΔUBE/VT, VT = kT/q = 25,7 мВ при 25 °C. У согласованной пары NPN DMMT3904W разница не больше 2 мВ при 2 мА — это ±8 %. Эффект Эрли — рост тока с напряжением на коллекторе — не учитывается.
Пример
Питание 12 В, нагрузка от 3 до 6 В, резисторы E24:
| Схема | Задание | Резистор | Ток | Запас по нагрузке | На регуляторе |
|---|---|---|---|---|---|
| LM317 | 350 мА | 3,6 Ом | 347 мА (333–361) | до 7,75 В | 2,69 Вт |
| ОУ + MOSFET, 0,35 В | 350 мА | 1 Ом | 350 мА ± 3 мА | до 11,4 В | 3,03 Вт |
| Транзистор, опора 2 В, β = 200 | 20 мА | 68 Ом | 19,6 мА (18,0–21,2) | до 10,3 В | 0,15 Вт |
| Зеркало, β = 200, ΔVBE 2 мВ | 1 мА | 11 кОм | 1,02 мА (0,94–1,11) | до 11,75 В | 9 мВт |
Мощность на регуляторе указана при наименьшем напряжении нагрузки — это худший случай для нагрева, и для LM317 и MOSFET при 350 мА нужен радиатор: его подберёт калькулятор радиатора. Схема на ОУ при том же токе даёт больший запас по нагрузке, потому что на токовом резисторе всего 0,35 В вместо 1,25 В. Подробный расчёт LM317 в режиме стабилизатора напряжения — в калькуляторе LM317, а защита линии от перегрузки — в калькуляторе ограничителя тока.
Частые вопросы
Как рассчитать источник тока на LM317?
Резистор ставят между выводами OUT и ADJ, нагрузку — к ADJ: I = 1,25 В / R плюс ток ADJ 50 мкА. Для 350 мА нужно 3,57 Ом, из ряда E24 — 3,6 Ом: ток 347 мА, разброс 333–361 мА из-за VREF 1,2–1,3 В. Резистор рассеивает 1,25 В × I. Схеме нужно не меньше 1,25 В + 3 В сверх напряжения нагрузки, а ток меньше 10 мА LM317 может не удержать.
Что такое напряжение соответствия источника тока?
Это наибольшее напряжение на нагрузке, при котором источник ещё держит ток. У LM317 это питание минус 1,25 В и минус до 3 В запаса, у транзисторной схемы — питание минус падение на эмиттерном резисторе и VCE(sat), у ОУ с MOSFET — питание минус напряжение задания и минимальное VDS. Нагрузку с большим сопротивлением источник уже не прокачает: калькулятор показывает её предел в омах.
Какая схема источника тока точнее?
ОУ с MOSFET: ток задаёт Uзадания / R, а ошибка — это смещение ОУ, делённое на напряжение задания (3 мВ на 350 мВ — около 1 %). У LM317 разброс ±4 % из-за опорного 1,2–1,3 В. Транзисторная схема зависит от VBE (у BC546 0,55–0,70 В при 2 мА и до 0,77 В при 10 мА) и его ухода с температурой. Ток зеркала зависит от напряжения питания и от рассогласования пары: 2 мВ разницы VBE меняют ток на 8 %.
Как рассчитать токовое зеркало?
Опорный ток задаёт резистор: Iref = (Uпит − VBE) / Rbias. Выходной транзистор повторяет его с точностью до токов баз: Iвых = Iref · β / (β + 2). Для 1 мА при 12 В и β = 200 нужен резистор 11,2 кОм, из E24 — 11 кОм, ток 1,02 мА. Транзисторы берут согласованной парой: у DMMT3904W разница VBE не больше 2 мВ, а это ±8 % тока, потому что ток растёт как exp(ΔVBE/VT), VT = 25,7 мВ при 25 °C.
Источники
- Texas Instruments. LM317 3-Pin Adjustable Regulator (SLVS044Z, September 1997, revised April 2025) — разд. 7.3.3: источник тока на одном резисторе, I = 1,25 В / R, мощность резистора больше (1,25 В)² / R; разд. 6.6: VREF 1,2–1,3 В, IADJ 50 мкА типично и 100 мкА наибольший, минимальный ток нагрузки 3,5 мА типично и 10 мА наибольший; разд. 7.4.2: запас до 3 В
- onsemi. LM317, NCV317: 1.5 A Adjustable Output, Positive Voltage Regulator (LM317/D, Rev. 18, September 2026) — рис. 26: стабилизатор тока, Iout = Vref / R1 + IAdj, 10 мА ≤ Iout ≤ 1,5 А
- Texas Instruments. Voltage-to-current (V-I) converter circuit with MOSFET (SBOA327A, December 2019, revised August 2021) — Io = Vi / R3; пример R3 = 2 В / 100 мА = 20 Ом, PR3 = 0,2 Вт; вход ОУ должен доходить до нуля; входной ток через R2 даёт постоянную ошибку
- onsemi. BC546B, BC547A/B/C, BC548B/C Amplifier Transistors (BC546/D, Rev. 8, August 2021) — VBE(on) 0,55–0,70 В при 2 мА, не больше 0,77 В при 10 мА; VCE(sat) не больше 0,25 В при 10 мА и 0,6 В при 100 мА
- T. R. Kuphaldt. Lessons In Electric Circuits, Volume III — Semiconductors, chapter 4 «Bipolar Junction Transistors», section «Current mirrors» — α = β / (β + 1); ток зеркала задаёт резистор: (Uпит − Uдиода) / Rbias, второй транзистор повторяет его, пока остаётся в активном режиме; зеркала с источником и стоком тока на NPN и PNP
- Diodes Incorporated. DMMT3904W 40V Matched Pair NPN Small Signal Transistor (DS30311 Rev. 15-2, June 2022) — пара NPN с соседних кристаллов одной пластины; согласование при 2 мА и 5 В: |VBE1 − VBE2| 1 мВ типично, 2 мВ наибольшее, hFE1/hFE2 1 и 2 %
- Texas Instruments. LMx58, LMx58x, LM2904x Industry-Standard Dual Operational Amplifiers (SLOS068AB) — электрические характеристики LM358: смещение 3 мВ типично, 7 мВ наибольшее при 25 °C; вход работает до минуса питания; выход при 5 В и нагрузке от 10 кОм не доходит до плюса питания на 1,5 В
- Vishay Siliconix. IRLZ44 Power MOSFET (Document Number 91328, S21-1045-Rev. D, 25-Oct-2021) — рис. 3, передаточная характеристика: ток около 1 А при VGS 2,2–2,3 В, 25 °C, типично
Встроить калькулятор на свой сайт
Скопируйте код и вставьте его в HTML страницы, статьи или вики. Виджет бесплатный, без рекламы, счётчиков и cookie. Условие одно — ссылка на GAW под рамкой остаётся на месте. Подробнее о виджетах
<iframe src="https://gaw.ru/embed/current-source/" title="Калькулятор источника стабильного тока" width="100%" height="640" style="border:1px solid #e3e5e9;border-radius:8px" loading="lazy" allow="clipboard-write"></iframe>
<p style="margin:6px 0 0;font-size:14px">Калькулятор: <a href="https://gaw.ru/tools/current-source/">Калькулятор источника стабильного тока</a> — GAW.ru</p>Автоподстройка высоты рамки
Если сайт разрешает скрипты, добавьте этот код один раз в любом месте страницы: рамка будет менять высоту вместе с результатом расчёта.
<script>window.addEventListener("message",function(e){if(e.origin!=="https://gaw.ru"||!e.data||e.data.type!=="gaw:embed-height")return;var f=document.querySelectorAll('iframe[src^="https://gaw.ru/embed/"]');for(var i=0;i<f.length;i++)if(f[i].contentWindow===e.source)f[i].style.height=e.data.height+"px"})</script>Обновлено .
Нашли ошибку в расчёте?