Konstantstromquelle

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Eine Konstantstromquelle ist eine elektronische Schaltung, die (innerhalb weiter Grenzen) für einen konstanten Strom in einer Leitung sorgt.

Inhaltsverzeichnis

1 Ungeregelte Konstantstromquelle
2 Geregelte Konstantstromquellen
3 Weblink

[Bearbeiten] Ungeregelte Konstantstromquelle

Eine primitive Konstantstromquelle besteht aus einem Kaltleiter wie einer Glühlampe. Erhöhung des Stroms führt zu einer Erhöhung der Temperatur (des Glühfadens) und damit zu einem erhöhten Widerstand. Hierdurch wird ein Anwachsen des Stroms zwar nicht völlig verhindert, aber zumindest begrenzt. Dieses Prinzip wurde früher bei röhrenbestückten Geräten mit Serienheizung zur Stabilisierung des Heizstromes verwendet (siehe Eisen-Wasserstoff-Widerstand).

[Bearbeiten] Geregelte Konstantstromquellen

[Bearbeiten] Konstantstromquelle mit Bipolartransistor

Eine geregelte Konstantstromquelle kann zum Beispiel durch einen gegengekoppelten Transistor realisiert werden. Der Strom, der aufrecht erhalten soll, wird durch Anpassen der Spannung konstant gehalten.

Konstantstromquelle mit Transistor

Die Basis wird durch einen Spannungsteiler aus den Widerständen R₁ und R₂ auf einer konstanten Spannung gehalten. Der Transistor wird hierdurch aufgesteuert (d.h. leitend) und führt einen gewissen Strom I, der durch den Emitterwiderstand R_e fließt, und an ihm nach dem Ohmschen Gesetz eine Spannung U = R_e · I hervor ruft. Würde sich nun I ändern, z.B. ansteigen, so würde zugleich U ansteigen. Damit wird aber der Emitter in seiner Spannung gegenüber der Basis angehoben, was damit gleichwertig ist, dass die Spannung an der Basis gegenüber dem Emitter (Basis-Emitter-Spannung) sinkt. Dies steuert den Transistor zu und lässt den Strom sofort wieder sinken. Würde sich andererseits I verkleinern, so wird die Spannung U am Emitterwiderstand kleiner, d.h. die Basis-Emitter-Spannung größer. Der Transistor wird aufgesteuert und der Strom wieder erhöht. Diesen Vorgang der Stabilisierung nennt man auch Gegenkopplung.

Da über der Basis-Emitter-Strecke stets eine Spannung von ca. 0,6 Volt bei [SI-Transistoren] abfällt, stellt sich der Strom immer so ein, dass U = R_e · I um 0,6 Volt kleiner als die an der Basis anliegende Spannung ist. Durch die Wahl von R_e oder durch die Basisspannung kann also der gewünschte Strom eingestellt werden.

[Bearbeiten] Konstantstromquelle mit JFET

Konstantstromquelle mit JFET

Eine geregelte Konstantstromquelle kann auch als Zweipol, bestehend aus einem JFET J1 und einem Serienwiderstand R1 wie in nebenstehender Abbildung skizziert, aufgebaut werden. Der Konstantstrom $I D$ wird durch den Serienwiderstand R1 nach folgender Beziehung eingestellt:

$I_D \approx \frac{U_{GS}}{R1}$

$U G S$ ist die Spannung direkt am Widerstand, welche genau der Spannung zwischen Gate und Source am JFET entspricht und den JFET entsprechend ansteuert. Die konkreten Werte für die Dimensionierung sind aus dem Datenblatt des jeweiligen JFET zu entnehmen.

Die FET-Konstantstromquelle nutzt die Eigenschaft, dass der N-Kanal-JFET selbstleitend ist, also bei einer Gate-Source-Spannung von 0 VDC Strom leitet und bei ansteigender negativer Gate-Source-Spannung $U G S$ den Drain-Source-Kanal zunehmend abschnürt. Selbstverständlich verhält sich ein P-Kanal-JFET ebenso, wenn auch mit umgekehrten Vorzeichen von Strom und Spannung.

Diese einfache Konstantstromquelle als Zweipol kann bei Leuchtdioden oder Optokoppler als Ersatz für Vorschaltwiderstände verwendet werden. Der Vorteil besteht darin, dass damit die Leuchtdiode, welche durch den Strom in der Helligkeit gesteuert wird, in weiten Bereichen an unterschiedlichen Versorgungsspannungen betrieben werden kann.

[Bearbeiten] Konstantstromquelle mit integrierten Schaltkreisen

Konstantstromquellen lassen sich mit Spannungsregler-IC- realisieren, indem man deren innere Referenzspannung zur Strommessung an einem Widerstand nutzt. Die Schaltung ist ähnlich der mit einem Bipolartransistor, nur dass die Vergleichsspannung größer ist (z.B. 1,2 Volt für einen LM317). Der Vorteil ist der geringe Steuerstrom und die hohe Belastbarkeit, daher sind solche Lösungen auch für größere Ströme im Ampere-Bereich geeignet.
Es gibt auch spezielle zweipolige Konstantstromquellen - ICs für verschiedene Ströme im Milliampere-Bereich