LM334 - отличный линейный стабилизатор тока до 10 мА. А если нужно больше и без дополнительных заморочек?

Микросхема LM334 — самый простой в использовании и удивительно точный управляемый линейный стабилизатор малых токов (ниже 10мА). Для стабилизации нужна только сама LM334 + одно управляющее сопротивление. И все, проще не бывает. Но внезапно понадобилось разряжать 2 забавных накопителя энергии токами 10 и 15 мА. И вот незадача: по даташитам 10 мА — это уже верхний край, который использовать можно, но не особо желательно. А 15 мА — так вообще в полтора раза больше и как бы за гранью.

Постановка задачи

Необходимо получить стабилизированный ток 10мА или 15мА при плавном понижении напряжения 4.4В→2.2В в течении 5-10 минут.
Понятно, что идеальной стабилизации в природе не существует
Меня устроило бы максимальное отклонение от заданного значения не более 5%.

---

Суть линейной стабилизации тока с использованием МС такого рода весьма незамысловата (в моем понимании):
Красным нарисован канал регулировки.

Про LM334

ТУТ выложил небольшую подборку даташитов. Самое полное объяснялово (как обычно) — от Texas Instruments. А картинку ниже я слепил для понимания основных моментов стабилизации тока (Iset) посредством одного сопротивления (Rset) для LM334
У LM334 ток 10 мА заявлен как верхний предел стабилизации. Я уже использовал LM334/10 мА на 5-секундных импульсах в одной из предыдущих статей (тут). Но в данном случае был необходим контролируемый ток 10 или 15 мА в течении нескольких минут.

Экспериментальная часть

Был проверен дрейф тока в течении 5 мин. за счет саморазогрева МС на 6.87, 10.0 и 15.1мА. Вариант 6.87мА взят для сравнения. Хотя наилучшая стабилизация для LM334 — это район 0.01-1мА.
Управляющие сопротивления Rset=9.86, 6.76, 4.48 Ом, уже припаянные к ногам LM334:
Дальше все просто: ЛБП Korad 3005 задает напряжение, LM334 пытается стабилизировать ток, Fluke 287 записывает реальные значения тока с интервалом 1 сек. в течении 5 мин.
Потом — расшифровка данных из памяти Флюка. Подробнее — уже рассказывал тут: «Несмотря на кажущуюся малую информативность картинок на маленьком экране Fluke 287...» и далее по тексту.

Что получено

Желтые линии — это расчетные значения стабилизированного стока по упрощенной формуле
При 2.2В максимальное отклонение от Iset -1%, при 4.4В +0.9%.
При 2.2В максимальное отклонение от Iset ±0.3%, при 4.4В +1%.
При 2.2В максимальное отклонение от Iset -1%, при 4.4В +2%.

---

Правые части картинок выглядят страшновато, но они нужны только для оценки отклонения от Iset от заданных 6.87, 10.0 и 15.1мА. Поэтому пока лучше смотреть на левые части. Там все более-менее сносно.

Главные выводы:
— микросхема LM334Z/NOPB (LM334 в корпусе TO-92) годится для стабилизации в интересующем меня интервале 2.2-4.4В даже при токе 15mA
— небольшой уход тока вверх после подачи напряжения происходит в течении первой минуты, дальнейшие изменения несущественны. Ибо корпус TO-92 мелкий и малоинерционный.

---

1) Негладкость кривых справа вызвана нестабильностью температуры внутри помещения. Она гуляла в промежутке ±5ºС (открытые форточки, сквозняки).
2) А общий рост «стабилизированного» тока при увеличении напряжения обусловлен внутренним разогревом МС. Это разобрано в даташите:

До 0.1 мА этот эффект несущественен. При Iset = 1mA добавление каждого 1В приводит к повышению температуры МС на ≈0.4°C в неподвижном воздухе.

У меня есть 2 новости, хорошая и плохая:
— Texas Instruments заявляет, что в сабжевом корпусе TO-92 этот эффект обычно уменьшается более чем в 3 раза.
— а печаль заключается в том, что Iset=10-15mA на порядок больше 1mA, приведенного в качестве примера.
Тем не менее, вроде все срослось и все получилось.

Продолжаем мучать LM334

В принципе, на этом можно было бы остановиться. Но всегда интересно, что там дальше. За горизонтом.
Синдром «мужики и японская мотопила» детектед.
Тем паче, запас по мощности вроде как еще есть. Заявлено 400мВт.
Iset = 400мВт/5.5В=72.3мA
После того как у первой LM334 я отломал ногу, у меня теперь две свеженьких LM334 (отсюда). И уже второй месяц идет еще одна (отсюда). Даже если один экземпляр немного сдохнет, то я ничем особо не рискую. Ну не солить же их…

---

Rset=3.31, 2.49, 1.60 Ом,
Iset=20.4, 27.2, 42.3 мА
Все резисторы на 1Вт, с запасом.
В принципе, стабилизация на 20мА меня бы устроила. Но уже на пределе. При 2.2В -5% от Iset, при 4.4В +6% от Iset.

---

А вот 27мА — нет, уже не катит. Смещение в более высоковольтную область слишком сильное. Увы.

---

Тут заданный ток достигается аж на 15В, что далеко за рамками поставленной задачи.
Опять таки, P = 15В·42.3мA = 635мВт, что в полтора раза больше максимальных 400мВт, заявленных в даташитах LM334. Все, приплыли.

На самом деле, для стабилизации таких токов уже рекомендуется городить вот такое
Но это совсем другая история.

---

Заключение уже приведено выше — выделено жирным.

Всего доброго.