Schetchiksg.ru

Счетчик СГ
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Полевой транзистор как стабилизатор тока

Стабилизатор напряжения на мощном полевом транзисторе 13В (IRLR2905)

При построении сильноточных стабилизаторов напряжения радиолюбители обычно используют специализированные микросхемы серии 142 и аналогичные, «усиленные» одним или несколькими, включенными параллельно, биполярными транзисторами. Если для этих целей применить мощный переключательный полевой транзистор, то удастся собрать более простой сильноточный стабилизатор,

Схема одного из вариантов такого стабилизатора приведена на рис. 3.28.0. Со вторичной обмотки трансформатора переменное напряжение около 13 В (эффективное значение) поступает на выпрямитель и сглаживающий фильтр. На конденсаторах фильтра оно равно 16 В. Это напряжение поступает на сток мощного транзистора VT1 и через резистор R1 на затвор, открывая транзистор.

Часть выходного напряжения через делитель R2, R3 подается на вход микросхемы DA1, замыкая цепь ООС. Напряжение на выходе стабилизатора возрастает вплоть до того момента, пока напряжение на входе управления микросхемы DA1 не достигнет порогового, около 2,5 В. В этот момент микросхема открывается, понижая напряжение на затворе мощного транзистора, т.е. частично закрывая его, и, таким образом, устройство входит в режим стабилизации. Лучшие результаты удастся получить, если диод VD2 подключить к выпрямительному мосту (рис. 3.28.6). В этом случае напряжение на конденсаторе С5 увеличится, поскольку падение напряжения на диоде VD2 будет меньше, чем падение напряжения на диодах моста, особенно при максимальном токе.

При необходимости плавной регулировки выходного напряжения постоянный резистор R2 следует заменить переменным или подстроенным резистором.

В стабилизаторе в качестве регулирующего элемента применен мощный полевой транзистор IRLR2905. Хотя он и предназначен для работы в ключевом (переключательном) режиме, в данном стабилизаторе он используется в линейном режиме. Транзистор имеет в открытом состоянии весьма малое сопротивление канала (0,027 Ом), обеспечивает ток до 30 А при температуре корпуса до 100°С, обладает высокой крутизной и требует для управления напряжения на затворе всего 2,5…3 В. Мощность, рассеиваемая транзистором, может достигать 110 Вт.

Полевым транзистором управляет микросхема параллельного стабилизатора напряжения КР142ЕН19 (импортный аналог TL431). Конденсаторы — малогабаритные танталовые, резисторы — MJ1T, С2-33, диод VD2 — выпрямительный с малым падением напряжения (германиевый, диод Шоттки). Параметры трансформатора, диодного моста и конденсатора С1 выбирают исходя из необходимого выходного напряжения и тока. Хотя транзистор и рассчитан на большие токи и большую рассеиваемую мощность, для реализации всех его возможностей необходимо обеспечить эффективный теплоотвод.

Налаживание стабилизатора сводится к установке требуемого значения выходного напряжения. Надо обязательно проверить устройство на отсутствие самовозбуждения во всем диапазоне рабочих токов. Для этого напряжения в различных точках устройства контролируют с помощью осциллографа. Если самовоз

буждение возникает, то параллельно конденсаторам CI, С2 и С4 следует подключить керамические конденсаторы емкостью 0,1 мкФ с выводами минимальной длины. Размещаются эти конденсаторы как можно ближе к транзистору VT1 и микросхеме DA1.

Печатная плата устройства приведена на рис. 3.29. Эта плата рассчитана на установку малогабаритных деталей в корпусах для поверхностного монтажа, в том чис

ле и микросхема КР142ЕН19 требует замены на импортный аналог в корпусе SO-8.

В случае, если полевой транзистор найти не удалось, стабилизатор можно выполнить по другой схеме (рис. 3.30), на мощных биполярных транзисторах, с использованием той же микросхемы. Правда, максимальный ток нагрузки у этого варианта стабилизатора не более 3…4 А. Для повышения коэффициента стабилизации применен стабилизатор тока на полевом транзисторе, в качестве регулирующего элемента применен мощный составной транзистор. Трансформатор должен обеспечивать на вторичной обмотке напряжение не менее 15 В при максимальном токе нагрузки.

Стабилизатор на ОУ MC34072AMTTBG: двухполярный

Введение

Алексей Кузьминов, Москва

Усовершенствованный двуполярный стабилизатор на ОУ и мощных полевых транзисторах с токовой защитой и ультранизким уровнем пульсаций

Стабилизатор на ОУ: в статье автора (см. Рисунок 1 в ) приведены функциональные схемы стабилизаторов, основанные на ОУ и мощных р- и п-канальных полевых транзисторах, включенных по классической схеме (входное напряжение подается на сток, выходное снимается с истока) и по схеме с «перевернутым транзистором» (входное напряжение подается на исток, выходное снимается со стока), то есть, всего четыре варианта.

В этой же статье показано, что если в стабилизаторе положительной полярности использовать п-канальный полевой транзистор, включенный по классической схеме (Рисунок 1а), а в стабилизаторе на ОУ отрицательной полярности — также п-канальный транзистор, но «перевернутый» (Рисунок 1г), то такая схема обладает преимуществом, поскольку в ней используются только n-канальные транзисторы, которые при прочих равных условиях, во-первых, дешевле р-канальных и, во-вторых, имеют лучшие характеристики (например, большую крутизну и меньшее сопротивление сток-исток в открытом состоянии).

Таблица

Однако, как показал эксперимент автора статьи «стабилизатор на ОУ«, на уровень пульсаций выходных напряжений стабилизаторов оказывают влияние отнюдь не выдающиеся характеристики транзисторов, а способ их включения. В частности, если в двуполярном стабилизаторе на ОУ оба транзистора (р- и n-канальный) включены по классической схеме (Рисунки 1а и 1в), то пульсации выходных напряжений могут быть существенно снижены.

Объяснением этому, по-видимому, служит относительно большая функциональная симметрия двух стабилизаторов (положительного и отрицательного напряжений), а также идентичный принцип их работы. Что касается стоимости р-канальных транзисторов, то, хотя она и выше стоимости n-канальных, но не настолько существенно, чтобы не использовать р-канальные транзисторы вообще. А вот для достижения большей функциональной симметрии стабилизаторов желательно в них использовать р- и п-канальные транзисторы с близкими параметрами.

В основном к таких параметрам относится крутизна передаточной характеристики (gfs). показывающая, на сколько ампер изменится ток стока при изменении напряжения затвор-исток на 1 вольт, и измеряющаяся в этих же единицах (А/В или сименсах — См), а также сопротивление сток (D) — исток (S) транзистора в открытом (on) состоянии (RDS(on))>
измеряющееся в омах (а, точнее, в мОм). Остальные характеристики транзисторов существенного влияния на уровень пульсаций выходных напряжений стабилизаторов не имеют.

Как видно из Рисунка 1а, схема стабилизатора +14 В практически повторяет схему аналогичного стабилизатора, подробно описанного в [1] (см. Рисунок 3), в связи с чем, на взгляд автора, в пояснениях не нуждается. Разница заключается только в использовании иного транзистора VT1 (IRF3205 вместо IRF3205Z с существенно большей крутизной) и иных номиналах резисторов делителя R9, R10, R11 (соответствующих R3, R4, R5), позволяющих более точно выставить выходное напряжение стабилизатора.

А вот схема стабилизатора -14 В (Рисунок 1б) существенно изменена, поскольку в ней использован уже р-канальный транзистор (VT1). Однако если внимательно присмотреться к схеме Рисунок 1б, то можно обнаружить, что она практически идентична схеме Рисунок 1а. Разница заключается в использовании р-канального транзистора VT1 (вместо п-канального в схеме Рисунок 1а), в противоположной полярности включения электролитических конденсаторов (С2, С5, С8), диодов (VD2, VD3), стабилитронов (VD4), источников стабильного тока (DA2) и инфракрасных светодиодов оптосимисторов DA3.

Читайте так же:
Регулируемый стабилизатор тока своими руками схема

Благодаря функциональной идентичности двух схем (Рисунки 1а и 1б) и получается их относительная функциональная симметрия, о которой говорилось выше и которая приводит к существенному снижению уровня пульсаций выходных напряжений стабилизаторов (см. далее). В схемах Рисунок 1 жирным обозначены силовые проводники (сечением не менее 1.5 мм 2 ).

В схеме Рисунок 1 показаны номера выводов для микросхемы ОУ MC34072AMTTBG в сверхминиатюрном корпусе WQFN10 размером 2.6×2.6 мм. Вместо нее можно использовать микросхему ОУ МС33072Р с теми же характеристиками, но в корпусе DIP8. Номера выводов для МС33072Р, естественно, иные, однако, чтобы не усложнять схему, на Рисунке 1 они не указаны (их можно найти в справочном листке или на разводке — см. далее).

Альтернативная замена

К вспомогательным схемам относятся: схема альтернативной замены источника стабильного тока на микросхеме DA2 (LM334Z) на диодный стабилизатор тока VD5 (J511) — Рисунок 2, схема индикации наличия выходных напряжений стабилизаторов и перегрузки (Рисунок 3), подробно описанная в [1], схема подключения стабилизаторов к выпрямителям и выходному разъему (Рисунок 4), схема альтернативной замены диодов выпрямителей (Рисунок 5а) и, наконец, схема принудительного разряда электролитических конденсаторов с помощью кнопок (Рисунок 5б) при повторном включении питания, если возникнет перегрузка (об этом режиме также подробно рассказано в [1]). В связи с простотой вспомогательных схем, на взгляд автора, в подробном описании их функционирования нет необходимости.

Разводка платы и внешний вид устройства

Из разводки платы (Рисунок 6), сделанной автором с помощью программы Sprint Layout 6.0, и ее фотографий (Рисунок 7), можно составить представление о ее размерах и внешнем виде. Поскольку разводка платы с микросхемой MC34072AMTTBG приведена на Рисунке 6 в чисто иллюстративных целях (по ней изготовить плату невозможно), разводка платы с микросхемой МС33072Р не приводится. Для изготовления же плат в разделе «Загрузки» дана ссылка на файл разводки в формате *.lay6 для обеих плат (на базе MC34072AMTTBG и МС33072Р). Фотография платы с микросхемой МС33072Р для экономии места в статье также не приводится (плата имеет примерно такой же вид, как и плата, показанная на Рисунке 7).

Здесь следует отметить один нюанс, касающийся как самой разводки, так и изготовления плат, и, возможно, повлиявший на существенно сниженный уровень пульсаций выходных напряжений стабилизаторов. Хотя разводка, показанная на Рисунке 6, и односторонняя, т.е. вторая сторона платы не используется, эту вторую сторону можно использовать как дополнительный «земляной» контур.

В этом случае плата будет уже двусторонней, причем, поскольку компоненты навесного монтажа расположены на слое платы, противоположном слою дорожек, и припаяны к контактным площадкам через сквозные отверстия, на слое, где расположен «земляной» контур, для выводов компонентов навесного монтажа, не контактирующих с «землей», должны быть предусмотрены своего рода «прогалины».

Как развести и изготовить подобную плату своими силами, подробно описано в статье автора [2]. В приведенном в дополнительных материалах к статье файле разводки используются обе стороны, однако, если изготовление двусторонней платы по каким-то причинам затруднено, платы могут быть изготовлены полностью односторонними. В этом случае, возможно, уровень пульсаций выходных напряжений будет чуть и увеличен, однако, по опыту автора, — не более чем в 1.5-2 раза.

Результаты испытаний стабилизаторов

Испытания стабилизаторов проводились по той же методике, что и в [1], которая там подробно описана, поэтому здесь не приводится. На Рисунке 8 показаны осциллограммы пульсаций входных и выходных напряжений стабилизаторов. Если сравнить эти осциллограммы с осциллограммами, приведенными на Рисунке 12 в [1], то можно заметить, что уровень пульсаций выходных напряжений снизился в 2 раза (для +14 В -160 мкВ против 320 мкВ в [1], и для -14 В -240 мкВ против 480мкВ). Здесь, как говорят, комментарии излишни.

Подсчитаем, во сколько раз размах пульсаций выходных напряжений меньше размаха пульсаций входных. Для Рисунка 8а имеем: 980 мВ/0.16 мВ = 6125 или 75.74 дБ = * 76 дБ. Для Рисунка 86: 1000 мВ/0.24 мВ = = 4167 или 72.39 дБ * 72 дБ.
Изменения выходных напряжений стабилизаторов в зависимости от изменения тока нагрузки в диапазоне от 0 (без нагрузки) до 9.5 А не отличаются от тех, что приведены в [1], и составляют не более ±10 мВ.

Что касается применений описанного дву-полярного стабилизатора, то их может быть несколько, однако автор использовал его для питания мощного двухканального УМЗЧ [3]. Вероятно, у читателя могут возникнуть сомнения в использовании ИП с такими относительно низкими значениями выходных напряжений (±14 В), поскольку, как правило, для питания достаточно мощных (40 — 50 Вт ) УМЗЧ используются напряжения существенно выше (±25 В — ±35 В). Приведенные ниже некоторые соображения, на взгляд автора, эти сомнения могут рассеять.

При двуполярном питании напряжениями ±14 В УМЗЧ, сконструированный на базе хорошо известной микросхемы мощного ОУ LM3886 (или его сдвоенного аналога LM4780), работающего в мостовом режиме, этот ОУ способен без искажений воспроизвести сигнал амплитудой на 2.5 В меньше напряжений питания (2.5 В — так называемое напряжение ограничения или Clipping Voltage), т.е. его амплитуда не может превышать 14 В-2.5 В = 11.5 В.

Но уже при амплитуде 9 В (т.е. на 2.5 В меньше 11.5 В, или с запасом в 2.5 В) на нагрузке 4 Ом при использовании этого ОУ в мостовом режиме (см., например, [3]) амплитуда синусоидального сигнала будет удвоена и составит 18 В, выходной ток — 4.5 А, а действующее значение его мощности (как нетрудно подсчитать) будет равно 40.5 Вт. Если использовать два канала, то ток достигнет 9 А, однако не будет превышать максимальный ток 9.5 А, на который рассчитан описываемый стабилизатор на ОУ.

Для справки: предельная синусоидальная мощность акустических систем 35 АС-016 с номинальным электрическим сопротивлением 4 Ом (по паспорту) составляет 35 Вт. Так что мощности 40.5 Вт вполне хватит (и даже еще останется). К тому же реальная мощность звукового сигнала, а точнее, — музыкального (с теми же максимальными мгновенными значениями амплитуд, что и у синусоидального сигнала) существенно меньше синусоидальной мощности, а при воспроизведении музыкального сигнала в 3/4 громкости (мощности) акустической системой 35 АС-016 уже начинают дрожать стекла…

Заключение

Применение в описанном двуполярном ИП полевых транзисторов двух типов проводимости, включенных по классическим схемам стабилизаторов, снижает уровни пульсаций выходных напряжений до 1/4 мВ и ниже на максимальных токах до 9.5 А. При использовании в выпрямителе сглаживающих конденсаторов емкостью всего 44,000 мкФ отношение размаха пульсаций входных напряжений стабилизаторов (около 1 В) к размаху пульсаций выходных составляет не менее 4000 или не менее 72 дБ.

Читайте так же:
Стабилизатор с ограничителем тока

Литература

2. Кузьминов А. Как использовать фольгу обратной стороны односторонней печатной платы в качестве общего провода.-Радио, 2019, №2.

3. Кузьминов А. Применение инструментального усилителя для мостового включения двух мощных ОУ Часть 3. — Современная электроника, 2017, №6.

Регулируемый стабилизатор мощности

Устройство может быть использовано для стабилизации электрической мощности в управляемых напряжением транзисторах (в частности IGBT, MOSFET) при тестировании этих транзисторов. Регулируемый стабилизатор мощности содержит выпрямитель, входы которого соединены с питающей сетью переменного напряжения, а выход его с входом фильтра. Выход фильтра соединен с входом стабилизатора напряжения, первый выход которого соединен с первым входом регулирующего элемента, а второй выход стабилизатора напряжения через резистивный датчик тока соединен со вторым входом регулирующего элемента. Выход резистивного датчика тока соединен со вторым входом усилителя обратной связи, выход которого соединен с управляющим входом регулирующего элемента, а первый вход усилителя обратной связи соединен с выходом регулируемого опорного элемента. Регулирующий элемент, являющийся нагрузкой, представляет собой управляемый напряжением транзистор. Технический результат — упрощение конструкции устройства и повышение быстродействия стабилизации мощности в управляемом напряжением транзисторе. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Регулируемый стабилизатор мощности, содержащий выпрямитель, входы которого соединены с питающей сетью переменного напряжения, а выход его с входом фильтра, также включает регулирующий элемент, резистивный датчик тока, усилитель обратной связи, первый вход которого соединен с выходом регулируемого опорного элемента, нагрузку, отличающийся тем, что выход фильтра соединен с входом стабилизатора напряжения, первый выход которого соединен с первым входом регулирующего элемента, а второй выход стабилизатора напряжения через резистивный датчик тока соединен со вторым входом регулирующего элемента, причем выход резистивного датчика тока соединен со вторым входом усилителя обратной связи, выход которого соединен с управляющим входом регулирующего элемента, при этом регулирующий элемент, являющийся нагрузкой, представляет собой управляемый напряжением транзистор. 2. Регулируемый стабилизатор мощности по п. 1, отличающийся тем, что управляемый напряжением транзистор может представлять собой биполярный транзистор с изолированным затвором. 3. Регулируемый стабилизатор мощности по п. 1, отличающийся тем, что управляемый напряжением транзистор может представлять собой полевой транзистор с изолированным затвором.

Полезная модель относится к устройствам для стабилизации электрической мощности. Устройство может быть использовано для стабилизации электрической мощности в управляемых напряжением транзисторах при тестировании этих транзисторов, в частности биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), либо полевых транзисторов с изолированным затвором (MOSFET).

Известно устройство стабилизации мощности, содержащее стабилизатор тока, резистивный датчик, систему регистрации энергии в виде пересчетного устройства, времяимпульсную астатическую следящую систему, в которую входят ключ, интегратор, компаратор, источник эталонного напряжения, триггер с раздельным запуском, генератор постоянной частоты и ключ (SU 471577, МПК G05F 1/56, опубл. 25.05.1975).

Недостатками известного устройства являются высокая сложность и низкое быстродействие.

Известен регулируемый стабилизатор мощности, содержащий выпрямитель, входом подключенный к входным выводам, фильтр, регулирующий элемент, обеспечивающий требуемое значение выходной мощности, LC-фильтр, предназначенный для фильтрации выходного напряжения, резистивный датчик напряжения, датчик тока (резистивный), нагрузку, подключенную к выходным выводам, сумматор, компаратор, генератор пилообразного напряжения, усилитель обратной связи, регулируемый опорный элемент, блок обратной связи по мощности, включающий в себя преобразователь аналог — код, усилители тока с регулируемым коэффициентом передачи, второй преобразователь аналог — код, усилители напряжения с регулируемым коэффициентом передачи, перемножитель, измеритель мощности (SU 1539752, G05F 1/66, опубл. 30.01.1990 г.).

Недостатками известного решения являются высокая сложность устройства из-за применения в нем преобразователей аналог-код, перемножителя, генератора пилообразного напряжения, и относительно низкое быстродействие стабилизации мощности в нагрузке, что связано с затратами времени на преобразование аналогового сигнала в код, а также наличием LC-фильтра между регулирующим элементом и нагрузкой.

При проведении испытаний управляемых напряжением транзисторов, например, при определении их переходной тепловой характеристики Zth и установившегося значения теплового сопротивления кристалл-корпус Rth, вследствие саморазогрева испытуемых транзисторов происходит изменение величин их электрических параметров, что приводит к изменению выделяемой в них электрической мощности и нарушению условий измерений. Отсюда возникает необходимость стабилизации электрической мощности в управляемых напряжением транзисторах при испытании.

Технический результат заключается в упрощении конструкции устройства и повышении быстродействия стабилизации мощности в управляемом напряжением транзисторе.

Технический результат достигается тем, что регулируемый стабилизатор мощности содержит выпрямитель, входы которого соединены с питающей сетью переменного напряжения, а выход его с входом фильтра. Выход фильтра соединен с входом стабилизатора напряжения, первый выход которого соединен с первым входом регулирующего элемента, а второй выход стабилизатора напряжения через резистивный датчик тока соединен со вторым входом регулирующего элемента. Выход резистивного датчика тока соединен со вторым входом усилителя обратной связи, выход усилителя обратной связи соединен с управляющим входом регулирующего элемента, а первый вход усилителя обратной связи соединен с выходом регулируемого опорного элемента. Регулирующий элемент, являющийся нагрузкой, представляет собой управляемый напряжением транзистор. Управляемый напряжением транзистор, в частности, может представлять собой биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) или полевой транзистор с изолированным затвором (MOSFET).

На чертеже представлена схема регулируемого стабилизатора мощности.

Регулируемый стабилизатор мощности содержит подключенный к питающей сети переменного напряжения выпрямитель 1, к выходу выпрямителя подключен фильтр 2. Выход фильтра 2 подключен к стабилизатору напряжения 3, первый выход которого подключен к первому входу регулирующего элемента 4. Регулирующий элемент 4 является нагрузкой и представляет собой управляемый напряжением транзистор (в частности, биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), полевой транзистор с изолированным затвором (MOSFET)). Второй выход стабилизатора напряжения 3 через резистивный датчик тока 5 соединен со вторым входом регулирующего элемента 4. Выход резистивного датчика тока 5 соединен со вторым входом усилителя обратной связи 6, к первому входу усилителя обратной связи 6 подключен регулируемый опорный элемент 7. Выход усилителя обратной связи 6 соединен с управляющим входом регулирующего элемента 4.

Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения питающей сети на выходе выпрямителя 1 формируется пульсирующее напряжение, которое сглаживается фильтром 2, полученное постоянное нестабилизированное напряжение подается на вход стабилизатора напряжения 3. При этом на выходе стабилизатора напряжения 3 формируется стабилизированное постоянное напряжения UСТ, которым питается последовательная цепь, состоящая из выходной цепи регулирующего элемента 4 и резистивного датчика тока 5.

Регулируемый опорный элемент 7 формирует на выходе напряжение заданной величины UРОЭ, которое поступает на первый вход усилителя обратной связи 6, выходной сигнал которого подается на управляющий вход регулирующего элемента 4, на выходе которого формируется напряжение UРЭ. При этом по последовательному контуру, состоящему из выходной цепи стабилизатора напряжения 3, выходной цепи регулирующего элемента 4 и резистивного датчика тока 5, протекает контурный ток IСТ, который на резистивном датчике тока 5 создает напряжение UРДТ.

Читайте так же:
Компенсационный стабилизатор тока схема

Напряжение UРДТ подается на второй вход усилителя обратной связи 6, в котором осуществляется сравнение двух входных сигналов напряжения UРДТ и UРОЭ одинаковых по величине. В результате этого на выходе усилителя обратной связи 6 образуется сигнал управления для регулирующего элемента 4.

Контурный ток IСТ в последовательной цепи из регулирующего элемента 4 и резистивного датчика тока 5 определяется как:

где RРДТ – сопротивление резистивного датчика тока 5.

Падение напряжения на регулирующем элементе 4 находится как UРЭ=UСТ–UРДТ, а с учетом равенства UРДТ=UРОЭ напряжение UРЭ определяется как:

В результате мощность PН на регулирующем элементе 4, который является нагрузкой, и представляет собой управляемый напряжением транзистор, определяется как:

При этом, так как мощность в нагрузке PН, то есть в управляемом напряжением транзисторе, зависит от только заданных величин UРОЭ, UСТ, и RРДТ, то её регулирование можно осуществлять путем изменения только величин этих параметров, а также, в теории, отсутствует задержка времени стабилизации мощности, что обеспечивает высокое быстродействие устройства.

При выборе постоянных величин UРОЭ, UСТ, и RРДТ мощность в нагрузке PН будет постоянной.

При изменении напряжения UРОЭ и стабильных величинах UСТ и RРДТ мощность PН может изменяться по закону изменения UРОЭ.

При одновременном изменении величин UРОЭ и UСТ и дополнительном изменении RРДТ мощность в нагрузке PН можно изменять по более сложным законам.

Все это позволяет создать относительно простое и быстродействующее регулируемое устройство стабилизации мощности в управляемом напряжением транзисторе.

Занимательные эксперименты: некоторые возможности полевого транзистора

Известно, что входное сопротивление биполярного транзистора зависит от сопротивления нагрузки каскада, сопротивления резистора в цепи эмиттера и коэффициента передачи тока базы. Порою оно бывает сравнительно небольшим, усложняя согласование каскада с источником входного сигнала. Эта проблема полностью отпадает, если использовать полевой транзистор, — его входное сопротивление достигает десятков и даже сотен мегаом. Чтобы поближе познакомиться с полевым транзистором, проделайте предлагаемые эксперименты.

Немного о характеристиках полевого транзистора. Как и у биполярного, у полевого три электрода, но называют их иначе: затвор (аналогичен базе), сток (коллектор), исток (эмиттер). По аналогии с биполярными полевые транзисторы бывают разной «структуры»: с р-каналом и n-каналом. В отличие от биполярных они могут быть с затвором в виде p-n перехода и с изолированным затвором. Наши эксперименты коснутся первых из них.

Основой полевого транзистора служит пластина кремния (затвор), в которой имеется тонкая область, называемая каналом (рис. 1,а). По одну сторону канала расположен сток, по другую — исток. При подключении к истоку транзистора плюсового, а к стоку минусового выводов батареи питания GB2 (рис. 1,б) в канале возникает электрический ток. Канал в этом случае обладает максимальной проводимостью.

Стоит подключить еще один источник питания — GB1 — к выводам истока и затвора (плюсом к затвору), как канал «сужается», вызывая увеличение сопротивления в цепи сток-исток. Сразу же уменьшается ток в этой цепи. Изменением напряжения между затвором и истоком регулируют ток стока. Причем в цепи затвора тока нет, управление током стока осуществляется электрическим полем (вот почему транзистор называют полевым), создаваемым приложенным к истоку и затвору напряжением.

Сказанное относится к транзистору с р-каналом, если же транзистор с n-каналом, полярность питающего и управляющего напряжений изменяется на обратную (рис. 1,в).

Чаще всего можно встретить полевой транзистор в металлическом корпусе — тогда, кроме трех основных выводов, у него может быть и вывод корпуса, который при монтаже соединяют с общим проводом конструкции.

Один из параметров полевого транзистора — начальный ток стока (Iс нач ), т. е. ток в цепи стока при нулевом напряжении на затворе транзистора (на рис. 2,а движок переменного резистора в нижнем по схеме положении) и при заданном напряжении питания.

Если плавно перемещать движок резистора вверх по схеме, то по мере роста напряжения на затворе транзистора ток стока уменьшается (рис. 2,б) и при определенном для данного транзистора напряжении снизится практически до нуля. Напряжение, соответствующее этому моменту, называют напряжением отсечки (UЗИотс ).

Зависимость тока стока от напряжения на затворе достаточно близка к прямой линии. Если на ней взять произвольное приращение тока стока и поделить его на соответствующее приращение напряжения между затвором и истоком, получим третий параметр — крутизну характеристики (S). Этот параметр нетрудно определить и без снятия характеристики или поиска его в справочнике. Достаточно измерить начальный ток стока, а затем подключить между затвором и истоком, скажем, гальванический элемент напряжением 1,5 В. Вычитаете получившийся ток стока из начального и делите остаток на напряжение элемента — получите значение крутизны характеристики в миллиамперах на вольт.

Знание особенностей полевого транзистора дополнит знакомство с его стоковыми выходными характеристиками (рис. 2,в). Снимают их при изменении напряжения между стоком и истоком для нескольких фиксированных напряжений на затворе. Нетрудно заметить, что до определенного напряжения между стоком и истоком выходная характеристика нелинейна, а затем в значительных пределах напряжения практически горизонтальна.

Конечно, для подачи напряжения смещения на затвор отдельный источник питания в реальных конструкциях не применяют. Смещение образуется автоматически при включении в цепь истока постоянного резистора нужного сопротивления.

А теперь подберите несколько полевых транзисторов серий КП103 (с р-каналом), КП303 (с n-каналом) с разными буквенными индексами и потренируйтесь в определении их параметров, пользуясь приведенными схемами.

Полевой транзистор — сенсорный датчик. Слово «сенсор» означает чувство, ощущение, восприятие. Поэтому можем считать, что в нашем эксперименте полевой транзистор будет выступать в роли чувствительного элемента, реагирующего на прикосновение к одному из его выводов.

Помимо транзистора (рис. 3), например, любого из серии КП103, понадобится омметр с любым диапазоном измерений. Подключите щупы омметра в любой полярности к выводам стока и истока — стрелка омметра покажет небольшое сопротивление этой цепи транзистора.

Затем коснитесь пальцем вывода затвора. Стрелка омметра резко отклонится в сторону увеличения сопротивления. Произошло это потому, что наводки электрического тока изменили напряжение между затвором и истоком. Увеличилось сопротивление канала, которое и зафиксировал омметр.

Не отнимая пальца от затвора, попробуйте коснуться другим пальцем вывода истока. Стрелка омметра вернется в первоначальное положение — ведь затвор оказался соединенным через сопротивление участка руки с истоком, а значит, управляющее поле между этими электродами практически исчезло и канал стал токопроводящим.

Читайте так же:
Стабилизатор частоты вращения двигателя током

Эти свойства полевых транзисторов нередко используют в сенсорных выключателях, кнопках и переключателях.

Полевой транзистор — индикатор поля. Немного измените предыдущий эксперимент — приблизьте транзистор выводом затвора (либо корпусом) возможно ближе к сетевой розетке или включенному в нее проводу работающего электроприбора. Эффект будет тот же, что и в предыдущем случае — стрелка омметра отклонится в сторону увеличения сопротивления. Оно и понятно — вблизи розетки или вокруг провода образуется электрическое поле, на которое и среагировал транзистор.

В подобном качестве полевой транзистор используется как датчик устройств для обнаружения скрытой электропроводки или места обрыва провода в новогодней гирлянде — в этой точке напряженность поля возрастает.

Удерживая транзистор-индикатор вблизи сетевого провода, попробуйте включить и выключить электроприбор. Изменение электрического поля зафиксирует стрелка омметра.

Полевой транзистор — переменный резистор. Подключив между затвором и истоком цепь регулировки напряжения смещения (рис. 4), установите движок резистора в нижнее по схеме положение. Стрелка омметра, как и в предыдущих экспериментах, зафиксирует минимальное сопротивление цепи сток-исток.

Перемещая движок резистора вверх по схеме, вы можете наблюдать плавное изменение показаний омметра (увеличение сопротивления). Полевой транзистор превратился в переменный резистор с очень широким диапазоном изменения сопротивления независимо от номинала резистора в цепи затвора. Полярность подключения омметра значения не имеет, а вот полярность включения гальванического элемента придется изменить, если будет использоваться транзистор с n-каналом, например, любой из серии КП303. Полевой транзистор — стабилизатор тока. Для проведения этого эксперимента (рис. 5) понадобится источник постоянного тока напряжением 15. 18 В (четыре последовательно соединенные батареи 3336 или сетевой блок питания), переменный резистор сопротивлением 10 или 15 кОм, два постоянных резистора, миллиамперметр с пределом измерения 3-5 мА, да полевой транзистор. Вначале установите движок резистора в нижнее по схеме положение, соответствующее подаче на транзистор минимального питающего напряжения — около 5 В при указанных на схеме номиналах резисторов R2 и R3. Подбором резистора R1 (если это понадобится) установите ток в цепи стока транзистора 1,8. 2,2 мА. Перемещая движок резистора вверх по схеме, наблюдайте за изменением тока стока. Может случиться, что он вообще останется прежним либо незначительно увеличится. Иначе говоря, при изменении питающего напряжения от 5 до 15. 18 В ток через транзистор будет автоматически поддерживаться на заданном (резистором R1) уровне. Причем точность поддержания тока зависит от первоначально установленного значения — чем оно меньше, тем выше точность. Утвердиться в этом выводе поможет анализ стоковых выходных характеристик, приведенных на рис. 2,в.

Подобный каскад называют источником тока или генератором тока. Его можно встретить в самых разнообразных конструкциях.

  • 68
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5

Журнал «Радио», номер 11, 1998г.
Автор: Б.Иванов

Мощный стабилизатор напряжения на полевом транзисторе – Блок питания на полевом транзисторе

Блок питания на полевом транзисторе

:: МОЩНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ ::

Используя в схеме стабилизатора мощный полевой транзистор, можно собрать простой стабилизатор, тем не менее имеющий очень хорошие параметры. В предлагаемом стабилизаторе БП стоит полевой транзистор IRLR2905. Он имеет в открытом состоянии сопротивление канала всего 0,02 Ома, а так-же обеспечивает ток до 30 А. Мощность, рассеиваемая транзистором, может превышать 100 Вт. Принципиальная схема одного из вариантов такого стабилизатора приведена на рисунке, клик – для увеличения.

Работа БП на ПТ

Переменное напряжение поступает на выпрямитель и сглаживающий фильтр, и далее на сток полевого транзистора и через резистор R1 на затвор, открывая транзистор. Часть выходного напряжения через резисторный делитель подается на вход микросхемы, замыкая цепь ООС. Напряжение на выходе стабилизатора возрастает вплоть до того момента, пока напряжение на входе управления микросхемы DA1 не достигнет порогового, около 2,5 В. В этот момент микросхема открывается, понижая напряжение на затворе, таким образом, устройство входит в режим стабилизации. Чтобы получить плавную регулировку выходного напряжения (например для лабораторного блока питания) резистор R2 нужно заменить переменным.

Главной деталью этого прибора стал полевой транзистор. В его качестве можно применять IRLZ 24 / 32 / 44 и аналогичные ему полупроводники. Чаще всего их изготавливают в корпусе ТО – 220 и D2 Pak. Его стоимость составляет менее одного доллара. Этот мощный полевик имеет 3 вывода. Он имеет внутреннее строение металл–изолятор–полупроводник.

Стабилизатор на микросхеме ТL 431 в корпусе ТО – 92 обеспечивает настраивание величины выходного напряжения. Мощный полевой транзистор мы оставили на охлаждающем радиаторе и проводами припаяли к монтажной плате.

Напряжение на входе для такой схемы 6-50 В. На выходе получаем от 3 до 27 В, с возможностью регулировки переменным сопротивлением на 33 кОм. Ток выхода большой, и составляет величину до 10 А, зависит от радиатора.

Выравнивающие конденсаторы С1, С2 емкостью от 10 до 22 мкФ, С2 – 4,7 мкФ. Без таких деталей схема будет функционировать, однако не с таким качеством, как необходимо. Нельзя забывать про допустимое напряжение электролитических конденсаторов, которые должны быть установлены на выходе и входе. Мы взяли емкости, которые выдерживают 50 В.

Такой стабилизатор способен рассеивать мощность не выше 50 Вт. Полевик необходимо монтировать на радиатор охлаждения. Его площадь целесообразно выполнять не меньше 200 см2. При установке полевика на радиатор нужно промазать место касания термопастой, для лучшего теплоотвода.

Можно применять переменный резистор на 33 кОм типа WH 06-1. Такие резисторы имеют возможность точной настройки сопротивления. Они бывают импортного и отечественного производства.

Это напряжение проходит на сток полевого транзистора и по сопротивлению R1 идет на затвор, при этом открывая транзистор. Часть напряжения на выходе через делитель попадает на микросхему, при этом замыкая цепь ООС. Напряжение прибора повышается до тех пор, пока входное напряжение микросхемы не дойдет границы 2,5 вольт. В это время микросхема открывается, уменьшая напряжение затвора полевика, то есть, немного закрывая его, и прибор работает в режиме стабилизации. Емкость С3 делает быстрее выход стабилизатора на номинальный режим.

Величина напряжения выхода устанавливается 2,5-30 вольт, путем выбора переменным сопротивлением R2, его величина может меняться в больших пределах. Емкости С1, С2, С4 дают возможность стабильному действию стабилизатора.

Для такого прибора наименьшее падение напряжения на транзисторе составляет до 3 вольт, хотя он способен работать при напряжении около нуля. Такой недостаток возникает поступлением напряжения на затвор. При малом падении напряжения полупроводник не будет открываться, так как на затворе должно быть плюсовое напряжение по отношению к истоку.

Для снижения падения напряжения цепь затвора рекомендуется подключать от отдельного выпрямителя на 5 вольт выше, чем напряжение выхода прибора.

Читайте так же:
Стабилизатор постоянного тока для двигателя постоянного тока

Хорошие результаты можно получить при подключении диода VD 2 к мосту выпрямления. При этом напряжение на конденсаторе С5 повысится, так как падение напряжения на VD 2 станет ниже, чем на диодах выпрямителя. Для плавного регулирования напряжения выхода постоянное сопротивление R2 нужно заменить переменным резистором.

Величину выходного напряжения определяют по формуле: U вых = 2,5 (1+R2 / R3). Если применить транзистор IRF 840, то наименьшее значение напряжения управления на затворе станет 5 вольт. Емкости выбирают танталовые малогабаритные, сопротивления – МЛТ, С2, Р1. Выпрямительный диод с небольшим падением напряжения. Свойства трансформатора, моста выпрямления и емкости С1 подбирают по нужному напряжению выхода и тока.

Схема позволяет получить гораздо больший выходной ток, чем выбранный автором — максимальная величина тока определяется мощностью силового трансформатора, элементами силовой цепи и настройкой узла ограничения выходного тока. В качестве DA2 может быть использован практически любой доступный операционный усилитель, например КР140УД1408, КР140УД608, КР140УД708, mA741 и т.д.

Подробнее: Стабилизатор напряжения на мощном полевом транзисторе

Лабораторный БП на К143ЕНЗ

Мой рабочий “лабораторный” блок питания служит уже более 20 лет. Неоднократно ремонтируя его после экстремальных нагрузок, я пришел к выводу, что необходима регулируемая токовая защита. Лет 5 назад я разработал схему блока питания на микросхеме К142ЕНЗА, и с тех пор забыл о его ремонте. Предлагаемая схема блока питания (БП) может служить как лабораторным источником напряжения с пределами регулировки напряжения 3…30 В, так и зарядным устройством с регулировкой тока заряда аккумуляторной батареи (АБ).

Рис.1. Принципиальная схема БП

Подробнее: Лабораторный БП на К143ЕНЗ

Стабилизатор на К142ЕН5 – с регулируемым выходным напряжением

В заметке С. Савина «Вариант включения стабилизатора К142ЕН5», опубликованной в «Радио» 1989, № 12, с, 66, речь шла о том, что если вывод 8 этой микросхемы подключить к общему проводу через стабилитрон, то напряжение на выходе стабилизатора увеличится на напряжение стабилизации включенного стабилитрона. Подобный совет повторил А. Гвоздак в статье «Доработка радиоконструктора «Юниор-1», помещенной в «Радио» № 6, с. 81—83 за 1991 г. Опыт показывает, что подборкой соответствующего стабилитрона можно в необходимой мере повысить выходное напряжение стабилизатора, но оно, как и при традиционном включении стабилизатора К142ВН5, фиксированное. Вместе с тем читатели нашего журнала сообщают, что аналогичный способ включения микросхемных стабилизаторов К142ЕН5 позволяет получить на выходе стабилизатора повышенное регулируемое напряжение. Об этом, в частности, рассказывают в своих письмах радиолюбители А. Чумаков из г. Йошкар-Ола и А. Черкасов из Караганды.

Подробнее: Стабилизатор на К142ЕН5 – с регулируемым выходным напряжением

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

А. ПОГОРЕЛЬСКИЙ, пос. Пойковский Тюменской обл.

Описываемый блок питания собран из доступных элементов. Он почти не требует налаживания, работает в широком интервале подводимого переменного напряжения, снабжен защитой от перегрузки по току.

Предлагаемый блок питания позволяет получать выходное стабилизированное напряжение от 1 В почти до значения выпрямленного напряжения с вторичной обмотки трансформатора (см. схему). На транзисторе VT1 собран узел сравнения: с дв

Стабилизатор напряжения на мощном полевом транзисторе 13В (IRLR2905)

При построении сильноточных стабилизаторов напряжения радиолюбители обычно используют специализированные микросхемы серии 142 и аналогичные, «усиленные» одним или несколькими, включенными параллельно, биполярными транзисторами. Если для этих целей применить мощный переключательный полевой транзистор, то удастся собрать более простой сильноточный стабилизатор,

Схема одного из вариантов такого стабилизатора приведена на рис. 3.28.0. Со вторичной обмотки трансформатора переменное напряжение около 13 В (эффективное значение) поступает на выпрямитель и сглаживающий фильтр. На конденсаторах фильтра оно равно 16 В. Это напряжение поступает на сток мощного транзистора VT1 и через резистор R1 на затвор, открывая транзистор.

Часть выходного напряжения через делитель R2, R3 подается на вход микросхемы DA1, замыкая цепь ООС. Напряжение на выходе стабилизатора возрастает вплоть до того момента, пока напряжение на входе управления микросхемы DA1 не достигнет порогового, около 2,5 В. В этот момент микросхема открывается, понижая напряжение на затворе мощного транзистора, т.е. частично закрывая его, и, таким образом, устройство входит в режим стабилизации. Лучшие результаты удастся получить, если диод VD2 подключить к выпрямительному мосту (рис. 3.28.6). В этом случае напряжение на конденсаторе С5 увеличится, поскольку падение напряжения на диоде VD2 будет меньше, чем падение напряжения на диодах моста, особенно при максимальном токе.

При необходимости плавной регулировки выходного напряжения постоянный резистор R2 следует заменить переменным или подстроенным резистором.

В стабилизаторе в качестве регулирующего элемента применен мощный полевой транзистор IRLR2905. Хотя он и предназначен для работы в ключевом (переключательном) режиме, в данном стабилизаторе он используется в линейном режиме. Транзистор имеет в открытом состоянии весьма малое сопротивление канала (0,027 Ом), обеспечивает ток до 30 А при температуре корпуса до 100°С, обладает высокой крутизной и требует для управления напряжения на затворе всего 2,5…3 В. Мощность, рассеиваемая транзистором, может достигать 110 Вт.

Полевым транзистором управляет микросхема параллельного стабилизатора напряжения КР142ЕН19 (импортный аналог TL431). Конденсаторы — малогабаритные танталовые, резисторы — MJ1T, С2-33, диод VD2 — выпрямительный с малым падением напряжения (германиевый, диод Шоттки). Параметры трансформатора, диодного моста и конденсатора С1 выбирают исходя из необходимого выходного напряжения и тока. Хотя транзистор и рассчитан на большие токи и большую рассеиваемую мощность, для реализации всех его возможностей необходимо обеспечить эффективный теплоотвод.

Налаживание стабилизатора сводится к установке требуемого значения выходного напряжения. Надо обязательно проверить устройство на отсутствие самовозбуждения во всем диапазоне рабочих токов. Для этого напряжения в различных точках устройства контролируют с помощью осциллографа. Если самовоз

буждение возникает, то параллельно конденсаторам CI, С2 и С4 следует подключить керамические конденсаторы емкостью 0,1 мкФ с выводами минимальной длины. Размещаются эти конденсаторы как можно ближе к транзистору VT1 и микросхеме DA1.

Печатная плата устройства приведена на рис. 3.29. Эта плата рассчитана на установку малогабаритных деталей в корпусах для поверхностного монтажа, в том чис

ле и микросхема КР142ЕН19 требует замены на импортный аналог в корпусе SO-8.

В случае, если полевой транзистор найти не удалось, стабилизатор можно выполнить по другой схеме (рис. 3.30), на мощных биполярных транзисторах, с использованием той же микросхемы. Правда, максимальный ток нагрузки у этого варианта стабилизатора не более 3…4 А. Для повышения коэффициента стабилизации применен стабилизатор тока на полевом транзисторе, в качестве регулирующего элемента применен мощный составной транзистор. Трансформатор должен обеспечивать на вторичной обмотке напряжение не менее 15 В при максимальном токе нагрузки.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию