Полумостовая схема на полевых транзисторах: Your access to this site has been limited by the site owner

Использование драйвера ключей нижнего и верхнего уровней IR2110 — объяснение и примеры схем

Быть может, после прочтения этой статьи вам не придётся ставить такие же по размерам радиаторы на транзисторы.
Перевод этой статьи.

Небольшое обращение от переводчика:Во-первых, в данном переводе могут быть серьёзные проблемы с переводом терминов, я не занимался электротехникой и схемотехникой достаточно, но всё же что-то знаю; также я пытался перевести всё максимально понятно, поэтому не использовал такие понятия, как бутсрепный, МОП-транзистор и т.п. Во-вторых, если орфографически сейчас уже сложно сделать ошибку (хвала текстовым процессорам с указанием ошибок), то ошибку в пунктуации сделать довольно-таки просто.
И вот по этим двум пунктам прошу пинать меня в комментариях как можно сильнее.

Теперь поговорим уже больше о теме статьи — при всём многообразии статей о построении различных транспортных средств наземного вида (машинок) на МК, на Arduino, на <вставить название>, само проектирование схемы, а тем более схемы подключения двигателя не описывается достаточно подробно. Обычно это выглядит так:
— берём двигатель

— берём компоненты
— подсоединяем компоненты и двигатель
— …
— PROFIT!1!

Но для построения более сложных схем, чем для простого кручения моторчика с ШИМ в одну сторону через L239x, обычно требуется знание о полных мостах (или H-мостах), о полевых транзисторах (или MOSFET), ну и о драйверах для них. Если ничто не ограничивает, то можно использовать для полного моста p-канальные и n-канальные транзисторы, но если двигатель достаточно мощный, то p-канальные транзисторы придётся сначала обвешивать большим количеством радиаторов, потом добавлять кулеры, ну а если совсем их жалко выкидывать, то можно попробовать и другие виды охлаждения, либо просто использовать в схеме лишь n-канальные транзисторы. Но с n-канальными транзисторами есть небольшая проблема — открыть их «по-хорошему» подчас бывает довольно сложно.

Поэтому я искал что-нибудь, что мне поможет с составлением правильной схемы, и я нашёл статью в блоге одного молодого человека, которого зовут Syed Tahmid Mahbub. Этой статьёй я и решил поделится.


Во многих ситуациях мы должны использовать полевые транзисторы как ключи верхнего уровня. Также во многих ситуациях мы должны использовать полевые транзисторы как ключи как и верхнего, так и нижнего уровней. Например, в мостовых схемах. В неполных мостовых схемах у нас есть 1 MOSFET верхнего уровня и 1 MOSFET нижнего уровня. В полных мостовых схемах мы имеем 2 MOSFETа верхнего уровня и 2 MOSFETа нижнего уровня. В таких ситуациях нам понадобится использовать драйвера как высокого, так и низкого уровней вместе. Наиболее распространённым способом управления полевыми транзисторами в таких случаях является использование драйвера ключей нижнего и верхнего уровней для MOSFET. Несомненно, самым популярным микросхемой-драйвером является IR2110. И в этой статье/учебнике я буду говорить о именно о нём.

Вы можете загрузить документацию для IR2110 с сайта IR. Вот ссылка для загрузки: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2110.pdf

Давайте для начала взглянем на блок-схему, а также описание и расположение контактов:


Рисунок 1 — Функциональная блок-схема IR2110


Рисунок 2 — Распиновка IR2110


Рисунок 3 — Описание пинов IR2110

Также стоит упомянуть, что IR2110 выпускается в двух корпусах — в виде 14-контактного PDIP для выводного монтажа и 16-контактного SOIC для поверхностного монтажа.

Теперь поговорим о различных контактах.

VCC — это питание нижнего уровня, должно быть между 10В и 20В. VDD — это логическое питание для IR2110, оно должно быть между +3В и +20В (по отношению к VSS). Фактическое напряжение, которое вы выберете для использования, зависит от уровня напряжения входных сигналов. Вот график:


Рисунок 4 — Зависимость логической 1 от питания

Обычно используется VDD равное +5В. При VDD = +5В, входной порог логической 1 немного выше, чем 3В. Таким образом, когда напряжение VDD = +5В, IR2110 может быть использован для управления нагрузкой, когда вход «1» выше, чем 3 (сколько-то) вольт. Это означает, что IR2110 может быть использован почти для всех схем, так как большинство схем, как правило, имеют питание примерно 5В. Когда вы используете микроконтроллеры, выходное напряжение будет выше, чем 4В (ведь микроконтроллер довольно часто имеет VDD = +5В). Когда используется SG3525 или TL494 или другой ШИМ-контроллер, то, вероятно, придётся их запитывать напряжением большим, чем 10В, значит на выходах будет больше, чем 8В, при логической единице. Таким образом, IR2110 может быть использован практически везде.

Вы также можете снизить VDD примерно до +4В, если используете микроконтроллер или любой чип, который даёт на выходе 3.3В (например, dsPIC33). При проектировании схем с IR2110, я заметил, что иногда схема не работает должным образом, когда VDD у IR2110 был выбран менее + 4В. Поэтому я не рекомендую использовать VDD ниже +4В. В большинстве моих схем уровни сигнала не имеют напряжение меньше, чем 4В как «1», и поэтому я использую VDD = +5V.

Если по каким-либо причинам в схеме уровень сигнала логической «1» имеет напряжение меньшее, чем 3В, то вам нужно использовать преобразователь уровней/транслятор уровней, он будет поднимать напряжение до приемлемых пределов. В таких ситуациях я рекомендую повышение до 4В или 5В и использование у IR2110 VDD = +5В.

Теперь давайте поговорим о VSS и COM. VSS это земля для логики. COM это «возврат низкого уровня» — в основном, заземление низкого уровня драйвера. Это может выглядеть так, что они являются независимыми, и можно подумать что, пожалуй, было бы возможно изолировать выходы драйвера и сигнальную логику драйвера. Тем не менее, это было бы неправильно. Несмотря на то что внутренне они не связаны, IR2110 является неизолированным драйвером, и это означает, что VSS и COM должны быть оба подключены к земле.

HIN и LIN это логические входы. Высокий сигнал на HIN означает, что мы хотим управлять верхним ключом, то есть на HO осуществляется вывод высокого уровня. Низкий сигнал на HIN означает, что мы хотим отключить MOSFET верхнего уровня, то есть на HO осуществляется вывод низкого уровня. Выход в HO, высокий или низкий, считается не по отношению к земле, а по отношению к VS. Мы скоро увидим, как усилительные схемы (диод + конденсатор), используя VCC, VB и VS, обеспечивают плавающее питания для управления MOSFETом. VS это плавающий возврат питания. При высоком уровне, уровень на HO равен уровню на VB, по отношению к VS. При низком уровне, уровень на HO равнен VS, по отношению к VS, фактически нулю.

Высокий сигнал LIN означает, что мы хотим управлять нижним ключом, то есть на LO осуществляется вывод высокого уровня. Низкий сигнал LIN означает, что мы хотим отключить MOSFET нижнего уровня, то есть на LO осуществляется вывод низкого уровня. Выход в LO считается относительно земли. Когда сигнал высокий, уровень в LO такой же как и в VCC, относительно VSS, фактически земля. Когда сигнал низкий, уровень в LO такой же как и в VSS, относительно VSS, фактически нуль.

SD используется в качестве контроля останова. Когда уровень низкий, IR2110 включен — функция останова отключена. Когда этот вывод является высоким, выходы выключены, отключая управление IR2110.
Теперь давайте взглянем на частые конфигурации с IR2110 для управления MOSFETами как верхних и нижних ключей — на полумостовые схемы.


Рисунок 5 — Базовая схема на IR2110 для управления полумостом

D1, C1 и C2 совместно с IR2110 формируют усилительную цепь. Когда LIN = 1 и Q2 включен, то C1 и С2 заряжаются до уровня VB, так как один диод расположен ниже +VCC. Когда LIN = 0 и HIN = 1, заряд на C1 и С2 используется для добавления дополнительного напряжения, VB в данном случае, выше уровня источника Q1 для управления Q1 в конфигурации верхнего ключа. Достаточно большая ёмкость должна быть выбрана у C1 для того чтобы её хватило для обеспечения необходимого заряда для Q1, чтобы Q1 был включён всё это время. C1 также не должен иметь слишком большую ёмкость, так как процесс заряда будет проходить долго и уровень напряжения не будет увеличиваться в достаточной степени чтобы сохранить MOSFET включённым. Чем большее время требуется во включённом состоянии, тем большая требуется ёмкость. Таким образом меньшая частота требует большую ёмкость C1. Больший коэффициент заполнения требует большую ёмкость C1. Конечно есть формулы для расчёта ёмкости, но для этого нужно знать множество параметров, а некоторые из них мы может не знать, например ток утечки конденсатора. Поэтому я просто оценил примерную ёмкость. Для низких частот, таких как 50Гц, я использую ёмкость от 47мкФ до 68мкФ. Для высоких частот, таких как 30-50кГц, я использую ёмкость от 4.7мкФ до 22мкФ. Так как мы используем электролитический конденсатор, то керамический конденсатор должен быть использован параллельно с этим конденсатором. Керамический конденсатор не обязателен, если усилительный конденсатор — танталовый.

D2 и D3 разряжают затвор MOSFETов быстро, минуя затворные резисторы и уменьшая время отключения. R1 и R2 это токоограничивающие затворные резисторы.

+MOSV может быть максимум 500В.

+VCC должен идти с источника без помех. Вы должны установить фильтрующие и развязочные конденсаторы от +VCC к земле для фильтрации.

Давайте теперь рассмотрим несколько примеров схем с IR2110.


Рисунок 6 — Схема с IR2110 для высоковольтного полумоста


Рисунок 7 — Схема с IR2110 для высоковольтного полного моста с независимым управлением ключами (кликабельно)

На рисунке 7 мы видим IR2110, использованный для управления полным мостом. В ней нет ничего сложного и, я думаю, уже сейчас вы это понимаете. Также тут можно применить достаточно популярное упрощение: HIN1 мы соединяем с LIN2, а HIN2 мы соединяем с LIN1, тем самым мы получаем управление всеми 4 ключами используя всего 2 входных сигнала, вместо 4, это показано на рисунке 8.


Рисунок 8 — Схема с IR2110 для высоковольтного полного моста с управлением ключами двумя входами (кликабельно)


Рисунок 9 — Схема с IR2110 как высоковольтного драйвера верхнего уровня

На рисунке 9 мы видим IR2110 использованный как драйвер верхнего уровня. Схема достаточно проста и имеет такую же функциональность как было описано выше. Есть вещь которую нужно учесть — так как мы больше не имеем ключа нижнего уровня, то должна быть нагрузка подключённая с OUT на землю. Иначе усилительный конденсатор не сможет зарядится.


Рисунок 10 — Схема с IR2110 как драйвера нижнего уровня


Рисунок 11 — Схема с IR2110 как двойного драйвера нижнего уровня


Если у вас проблемы с IR2110 и всё постоянно выходит из строя, горит или взрывается, то я уверен, что это из-за того, что вы не используете резисторы на затвор-исток, при условии, конечно, что вы всё спроектировали тщательно. НИКОГДА НЕ ЗАБЫВАЙТЕ О РЕЗИСТОРАХ НА ЗАТВОР-ИСТОК. Если вам интересно, вы можете прочитать о моем опыте с ними здесь (я также объясняю причину, по которой резисторы предотвращают повреждения): http://tahmidmc.blogspot.com/2012/10/magic-of-knowledge.html

Для дальнейшего чтения я рекомендую это: http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-978.pdf

Я видел как на многих форумах, люди бьются с проектированием схем на IR2110. У меня тоже было много трудностей прежде чем я cмог уверенно и последовательно строить успешные схемы драйвера на IR2110. Я попытался объяснить применение и использование IR2110 довольно тщательно, попутно всё объясняя и используя большое количество примеров, и я надеюсь, что это поможет вам в ваших начинаниях с IR2110.

Импульсный блок питания мощностью 200 Вт для УМЗЧ

РадиоКот >Схемы >Питание >Блоки питания >

Импульсный блок питания мощностью 200 Вт для УМЗЧ

Здравствуй уважаемый Кот! С днем рождения тебя и всех благ, так сказать! А в качестве подарка прими такую очень полезную вещь, как источник питания для усилка.

ВНИМАНИЕ!

Часть элементов данного устройства находится под опасным для жизни напряжением сети! Некоторые элементы сохраняют опасный электрический заряд после отключения устройства от сети! Поэтому при монтаже, наладке и работе с устройством необходимо соблюдать требования электробезопасности. Повторяя устройство, вы действуете на свой страх и риск. Я, автор, НЕ несу никакой ответственности за любой моральный и материальный ущерб, вред имуществу, здоровью и жизни, причиненный в результате повторения, использования или невозможности использования данной конструкции.

Итак, начнем.

Споры о том, благо ли или зло импульсный источник питания для УМЗЧ (далее ИИП), выходят за рамки данной статьи. Лично я считаю, что правильно спроектированный, спаянный и налаженный ИИП ничуть не хуже (а по некоторым показателям даже лучше), чем классический БП с сетевым трансформатором.

В моем случае применение ИИП было необходимо потому, что я хотел засунуть свой усилок в плоский корпус.

Прежде чем разрабатывать данный ИИП, мной было изучено много готовых схем, имеющихся в сети и в литературе. Так, среди радиолюбителей очень популярны разные варианты схемы нестабилизированного ИИП на микросхеме IR2153. Преимущество этих схем только одно – простота. Что же касается надежности, то она никакая – сама ИМС не имеет функции защиты от перегрузки и мягкого старта для зарядки выходных электролитов, а добавление этих функций лишает ИИП его преимущества – простоты. Кроме того, реализация мягкого старта на данной ИМС крайне сомнительна – ширину импульсов она менять не позволяет, а методы, основанные на изменении частоты работы ИМС малоэффективны в «обычном» полумостовом ИИП и применимы в резонансных преобразователях. Долбать же электролиты и ключи огромными токами при включении блока мне как-то не очень хотелось.

Также рассматривалась возможность использования всем известной ИМС TL494. Однако при более глубоком ее изучении выяснилось, что для надежной работы вокруг этой ИМС придется повесить кучу всяких транзисторов, резисторов, конденсаторов и диодов. А это уже «не наш метод» 🙂

В результате выбор пал на более современную и быструю микросхему под названием UC3825 (русский аналог К1156ЕУ2). Подробное описание данной ИМС можно найти в ее русском даташите [1] и в журнале «Радио» [2].

Для тех, кто поленился прочитать эти источники, скажу, что это быстродействующий ШИМ-контроллер, обладающий следующими возможностями:

  • Управление  мощными  МОП-транзисторами.
  • Работа  в  устройствах  с  обратной связью по напряжению и току.
  • Функционирование  на  частотах  до 1МГц.
  • Задержка прохождения сигнала через схему 50нс.
  • Полумостовые выходы на ток до 1.5А.
  • Широкополосный усилитель ошибки.
  • Наличие ШИМ-защелки.
  • Ограничение тока в каждом периоде.
  • Плавный  запуск.  Ограничение  величины  максимальной  длительности выходного импульса.
  • Защита  от  пониженного  напряжения питания с гистерезисом.
  • Выключение  схемы  по  внешнему сигналу.
  • Точный источник опорного напряжения (5.1В +/- 1%).
  • Корпус “DIP-16”

Ну прям то что надо! Рассмотрим теперь сам ИИП.

Входное напряжение, В..................................................... 176…265;

Номинальная суммарная мощность нагрузки, Вт................... 217,5;

Уровень сигнала управления, при котором БП включен......... Лог. 1 КМОП;

Уровень сигнала, при котором БП выключен........................ <0,6 В или NC;

КПД при максимальной нагрузке, %.................................... 80;

Габариты (ДхШхВ), мм........................................................212х97х45

Выходные напряжения

Выходное напряжение, В

Минимальный ток нагрузки, А

Максимальный ток нагрузки, А

± 25

0,24

4

± 15

0

0,5

+ 5 (дежурное)

0

0,5


Принципиальная схема

Принципиальная схема ИИП показана на рисунке.


По архитектуре данный БП напоминает ИИП компьютеров формата ATX. Напряжение сети через предохранители FU1 и FU2 подается на сетевой фильтр и трансформатор дежурного питания. Использование двух предохранителей необходимо по соображениям безопасности – с одним общим предохранителем в случае КЗ в обмотке Т1 ток в ее цепи будет недостаточен для пережигания этого предохранителя, а мощность, выделяющаяся на вышедшем из строя трансформаторе достаточна для его возгорания.

Сетевой фильтр содержит двухобмоточный дроссель L1, X-конденсаторы С1, С2 и Y-конденсаторы С3, С4 и особенностей не имеет. Варистор RV1 защищает ИИП  от высоковольтных выбросов в сети и при превышении напряжением сети максимально допустимого значения.

NTC-терморезистор RK1 ограничивает ток зарядки конденсатора С5 при включении ИИП в сеть.

Напряжение, выпрямленное мостом VD1 и сглаженное конденсатором С5, поступает на полумостовой инвертор, образованный МОП-транзисторами VT1, VT2 и конденсаторами емкостного делителя С6, С7. Раздельное построение входного фильтра и емкостного делителя позволяет облегчить режим работы оксидного конденсатора фильтра, имеющего сравнительно большое значение ЭПС. Резисторы R5, R6 выравнивают напряжение на конденсаторах делителя.

В диагональ полумоста включен силовой импульсный трансформатор Т4.

Выходные цепи ИИП содержат выпрямители на диодах VD5 – VD8, VD9 – VD12, дроссель групповой стабилизации (ДГС) L3 и П-образные фильтры С11 – C16, L4, L5 и C17 – С22, L6, L7. Керамические конденсаторы С13, С14, С17, С18 облегчают режим работы соответствующих электролитов. Резисторы R11 – R14 создают начальную нагрузку, необходимую для нормальной работы ИИП на холостом ходу.

Цепочки C8, R7; C9, R9; C10, R10 – демпфирующие. Они ограничивают выбросы ЭДС самоиндукции индуктивности рассеяния и снижают создаваемые ИИП помехи.

Схема управления на основной плате не помещалась, поэтому собрана в виде модуля А1 на дополнительной плате.

Как вы наверно уже догадались, ее основой является микросхема DA2 UC3825AN. Питается она от интегрального стабилизатора на КРЕНке DA1. Конденсаторы С1 и С7 – фильтр питания. Они, как гласит ДШ, должны быть расположены максимально близко к соответствующим выводам DA2. Конденсатор С5 и резистор R8 – частотозадающие. При указанных на схеме номиналах частота преобразования БП примерно равна 56 кГц (частота работы ИМС при этом в 2 раза выше – у нас ведь двухтактный ИИП). Конденсатор С4 задает длительность плавного старта, в данном случае – 78 мс. Конденсатор С2 фильтрует помехи на выходе источника опорного напряжения. Элементы С6, R9, R10 – цепь компенсации усилителя ошибки, а R4, R6 – делитель выходного напряжения БП, с которого снимается сигнал обратной связи.

Защита от перегрузки по току реализована на трансформаторе тока Т3. Сигнал с его вторичной обмотки выпрямляется выпрямителем на диодах VD3, VD4 (основной платы). Резистор R8 (на основной плате) является нагрузкой трансформатора тока. Сигнал с R8 через фильтрующую цепочку R7, C3 (в модуле А1) подается на вход ограничения тока DA2. В этом БП реализовано потактовое ограничение тока, т. е. микросхема не дает току через ключи нарасти до опасных значений. При достижении напряжения 1 В на выводе 9 микросхема ограничивает ширину импульсов. Если же в нагрузке произошло КЗ и ток ключей увеличился быстрее, чем DA2 успела среагировать на это, напряжение на выводе 9 превысит 1,4 В. Микросхема разряжает С4 и вырубается. Ток в цепи первичной обмотки пропадает и микросхема перезапускается. Таким образом, при КЗ в нагрузке ИИП переходит в «икающий» режим.

Управление затворами полевых транзисторов реализовано с помощью трансформатора Т2. В настоящее время получило распространение использование всяких бутстрепных высоковольтных драйверов типа IR2110 и т. п. Однако недостатком таких микросхем является то, что при выходе из строя какого-либо элемента выгорает ВСЯ высоковольтная часть БП и гальванически связанные с ней узлы (с чем мне и пришлось столкнуться в процессе экспериментов с данными микросхемами). Кроме того, данные ИМС не обеспечивают гальванической развязки схемы управления от высоковольтной части, что при выбранной архитектуре недопустимо. Про особенности управления затворами можно прочитать в [3], а в [4] можно скачать программу для расчета трансформатора управления.

Диоды Шотки VD1 – VD4 в модуле А1 защищают выходы драйвера микросхемы управления. Этому также способствует резистор R11.

На элементах VT1, VT2, R1 – R5 собрана схема выключения ИИП. Смысл всего этого – коротить С4, переводя тем самым микросхему управления в ждущий режим. Такие навороты нужны для гарантированного выключения ИИП даже если вход выключения вдруг повис в воздухе (сгорел проц в блоке управления, оборвался провод) или же вышел из строя источник дежурного питания. Иными словами, работа DA2 будет заблокирована до тех пор, пока на нее подано питание и при этом на вход управления ИИП не подан уровень лог. 1.

В ИИП имеется дежурный источник питания, который может использоваться для питания блока управления усилителем с функцией дистанционного включения.

Основа дежурного источника питания – трансформатор Т1. Применение «обычного», 50-герцового трансформатора повышает надежность устройства по сравнению с получившими широкое распространение в компьютерных БП импульсными обратноходовыми преобразователями, которые очень часто дохнут, создавая различные пиротехнические эффекты. Все-таки дежурка предполагает круглосуточную работу. Выпрямленное мостом VD2 и сглаженное конденсатором С23 напряжение (около 15 В) поступает модуль А1 и на Step-Down (понижающий) импульсный преобразователь на всем известной МС34063 (русский аналог К1156ЕУ5АР). Про эту микруху можно почитать в ДШ [5]. Кто-то скажет, а зачем такие сложности? Чем не угодила КРЕНка? Дело в том, что для нормальной работы UC3825 нужно минимум 12 В во всем допустимом диапазоне напряжений сети.  При максимальном же напряжении в сети (мы ведь должны учесть всё) на выходе моста VD2 может быть аж 18-20 В. При этом если ваш микропроцессорный блок потребляет больше 50 мА, КРЕНка превратится в большую печку.

Супрессор VD14 защищает нагрузку дежурки (ваш мегасложный и супернавороченный микроконтроллерный блок управления) в случае выхода из строя источника дежурного питания (например, при пробое ключа МС34063 на ее выходе могут оказаться все 15 В).

 

Поскольку я не люблю «соплей», а данное устройство любит правильную разводку, ИИП собран на односторонней печатной плате, рисунок которой приведен ниже:



На основной плате установлены две перемычки из провода МГТФ - J1 со стороны деталей и J2 - со стороны дорожек.

Как уже отмечалось выше, схема управления не поместилась на основной плате и поэтому собрана на вспомогательной плате:
                     

Применение SMD-элементов здесь вызвано не столько желанием сделать ультрамаленький модуль и усложнить задачу покупки элементов радиолюбителям из отдаленных от г. Москва регионов, сколько требованиями по разводке высокочастотных цепей вокруг UC3825. Благодаря использованию SMD-элементов удалось сделать все печатные проводники минимальной длины. Кто хочет, может попробовать красиво нарисовать платку под обычные детальки – у меня не получилось =))

Замечу также, что сильно отклоняться от приведенной разводки платы я настоятельно не рекомендую, т. к. БП может либо начать «гадить» в эфир, либо вообще не будет работать.

Теперь о деталях. Многие из них можно вытащить из неисправных или устаревших компьютерных БП. Основная плата рассчитана на установку резисторов С2-23 (МЛТ, ОМЛТ и т. п.), резисторы R10, R13 и R14 импортные (они тоньше МЛТ). Керамические конденсаторы – К10-17Б или аналогичные импортные, С25 должен быть обязательно из диэлектрика NPO или аналогичного, С6, С7 – пленочные К73-17.

Помехоподавляющие конденсаторы С1, С2 должны быть категории Х2, а С3 и С4 – Y2. К последним это требование обязательно, т. к. от них зависит электробезопасность ИИП. Конденсаторы С8 – С10 – керамические дисковые высоковольтные импортные. Можно поставить К15-5, но они больше, придется подправить плату.

Все оксидные конденсаторы должны быть с низким эквивалентным последовательным сопротивлением (Low ESR). Подойдут конденсаторы Jamicon серии WL. В качестве С5 подойдет Jamicon HS.

Дроссель L1 – от компового БП, выдранный из аналогичного места. На моем было написано “YX EE-25-02”. Дроссели L2, L4, L5 – стандартные на гантельках диаметром 9 мм, например, серии RLB0914. Дроссель L2 должен быть рассчитан на ток не менее 0,8А, L4, L5 – не менее 0,5 А. Дроссели L6 и L7 намотаны на кольцах T72 (К18,3х7,11х6,60) из распыленного железа марки -26 (желто-белого цвета). Я использовал уже готовые, поэтому сколько там витков не знаю, но при желании число витков можно рассчитать в программе «DrosselRing» [6]. Измеренная индуктивность моих дросселей 287 мкГн.

Транзисторы VT1, VT2 – n-канальные MOSFET с напряжением сток-исток не менее 500 В и током стока не менее 8 А. Следует выбирать транзисторы с минимальным сопротивлением открытого канала (Rds_on) и минимальным зарядом затвора.

Мост VD1 – любой на 800-1000 В, 6А, VD2 – любой >50В, 1А. В качестве VD3, VD4 подойдут КД522. Диоды VD5 – VD8 – Шоттки на напряжение не менее 80 В и ток не менее 1 А, VD9 – VD12 – быстродействующие (ultrafast) на напряжение не менее 200 В, ток 10…15 А и временем обратного восстановления не более 35 нс (в крайнем случае 75…50 нс). Будет совсем шикарно, если найдете Шоттки на такое напряжение. Диод VD13 – любой Шоттки 40 В, 1А.

В модуле А1 применены SMD-резисторы и конденсаторы типоразмера 0805. На позиции J1 устанавливается перемычка 0805. С5 должен быть обязательно из диэлектрика NPO или аналогичного, С6 – не хуже X7R. С1 – танталовый типа С или D – площадки на плате рассчитаны на любой из них. Транзисторы VT1, VT2 – любые n-p-n в корпусе SOT23. Диоды  VD1 – VD4 – любые Шоттки на ток 3А в корпусе SMC. DA1 можно заменить на 7812.

XP3 – разъем с ATX-материнки.

Трансформатор Т1 типа ТП121-8, ТП131-8 . Подойдет любой с выходным напряжением под нагрузкой 15 В и мощностью 4,5 ВА. Намоточные данные других индуктивных элементов приведены ниже.

Обмотка

№ контакта (Н-К)

Число витков

Провод

I

4-2

16

МГТФ-0,08

II

10-9

16

МГТФ-0,08

III

6-7

16

МГТФ-0,08

Магнитопровод

Ферритовое кольцо Т90 (К22,9х14,0х9,53) зеленого цвета, u=4600

Каждая из обмоток занимает 1 слой и равномерно распределена по кольцу. Сначала мотают обмотку I и покрывают ее слоем изоляции, например, фторопластовой ленты или лакоткани. Изоляция на этой обмотке определяет безопасность ИИП. Далее мотают обмотки II и III. Кольцо вертикально приклеивают к пластмассовой панельке с контактами, которую потом впаивают в плату. Следует отметить, что для нормальной работы этот трансформатор должен иметь минимальную индуктивность рассеяния, поэтому сердечник для него должен быть тороидальный и с максимальной магнитной проницаемостью. Я пробовал мотать этот транс на сердечнике Е20/10/6  из N67 – импульсы на затворах имели выбросы, которые приоткрывали второй транзистор полумоста:

Голубой график – импульсы на затворе VT2, желтый – напряжение на стоке VT2.

С тороидальным трансформатором, намотанным как написано выше, осциллограмма имеет такой вид:

При монтаже трансформатора управления необходимо соблюдать фазировку обмоток! При неправильной фазировке при включении сгорят транзисторы полумоста!

Обмотка

№ контакта (Н-К)

Число витков

Провод

I

-

1

МГТФ-0,35

II

1-2-3

2х75

ПЭВ-2 0,23

Магнитопровод

2 кольца К12х8х6 из феррита М3000НМ

Обмотку II мотают в 2 провода, после намотки конец одной полуобмотки соединяют с началом другой и контактом 2. Обмотка I представляет собой отрезок провода, пропущенный через кольцо в виде буквы «П». Для повышения электрической и механической прочности изоляции на провод надета фторопластовая трубка.

Обмотка

№ контакта (Н-К)

Число витков

Провод

I

4 – 2

18+18

3хПЭВ-2 0,41

II

9 – 7 – 8

6+6

ПЭВ-2 0,41

III

10 – 11 – 12

9+9

5хПЭВ-2 0,41

Магнитопровод

EI 33,0/24,0/12,7/9,7 из феррита PC40 TDK

 Трансформатор рассчитан в программе ExcellentIT(5000) [7]. Сердечник извлечен из компового БП. Сначала мотается первая половина обмотки I. Поверх нее укладывается слой изоляции (я использую лавсановую пленку от фоторезиста) и экран – незамкнутый виток медной ленты, обернутой скотчем. Экран соединен с выводом 2 трансформатора. Далее кладется несколько слоев пленки или лакоткани и мотается обмотка III жгутом из 10 проводов. Мотать надо виток к витку сжав жгут пальцами так, чтобы все 10 проводов расположились в один ряд – иначе не влезет. Конец одной полуобмотки (5 проводов) соединяется с началом другой и выводом 11 каркаса. Обмотка III покрывается одним слоем лавсановой пленки, поверх которой укладывается обмотка II аналогично III. После этого укладывается еще несколько слоев пленки или лакоткани, незамкнутый виток изолированной медной фольги, соединенный с выводом 2, слой пленки, и мотается вторая половина первичной обмотки.

Такая намотка трансформатора позволяет уменьшить индуктивность рассеяния в четыре раза.

На все выводы первичной обмотки надевают фторопластовые трубки.

Обмотка

Число витков

Провод

L3.1

24

ПЭВ-2 0,457

L3.2

24

ПЭВ-2 0,457

L3.3

40

ПЭВ-2 0,8

L3.4

40

ПЭВ-2 0,8

Магнитопровод

Кольцо T106 (К26,9х14,5х11,1) из распыленного железа -26 (желто-белое)

ДГС рассчитан в программе «CalcGRI» [8].

Сначала мотаются обмотки L3.3 и L3.4 одновременно в 2 провода. Они займут 2 слоя. Поверх них аналогично мотаются обмотки L3.1 и L3.2 в один слой. При монтаже ДГС на плату необходимо соблюдать фазировку обмоток!

Все моточные изделия рекомендуется пропитать лаком PLASTIK-71.


Транзисторы VT1, VT2 установлены на алюминиевом ребристом радиаторе размерами 60х15х40 мм и площадью поверхности 124 см2. Диоды VD9 – VD12 установлены на аналогичном радиаторе размерами 83х15х40 мм и площадью 191 см2. С указанной площадью теплоотводов блок питания способен работать длительное время под постоянной нагрузкой не более 100 Вт! Если ИИП предполагается использовать не для усилителя, а для питания нагрузки с постоянной потребляемой мощностью до  200 Вт, площадь радиаторов необходимо увеличить или применить принудительное охлаждение!

Выглядит собранный ИИП так:



Сначала на плату устанавливают все элементы, кроме VD1, VT1, VT2, T4, R7, C8, FU1. Включают ИИП в сеть и проверяют наличие напряжения +5 В на контакте 11 разъема XP3. После этого соединяют 1 и 11 контакты разъема XP3 и подключают двухлучевой осциллограф параллельно резисторам R3 и R4 (землю осцила на нижние концы резисторов, сигнальные щупы – на верхние. С установленными транзисторами и поданным силовым питанием так делать нельзя!!!). Осциллограмма должна иметь такой вид:


Если вдруг импульсы оказались у вас синфазными, значит вы накосячили при распайке обмоток  трансформатора Т2. Поменяйте местами начало и конец нижней или верхней обмотки. Если этого не сделать, то при включении ИИП с ключами будет большой и красочный салют 🙂

Если у вас нет двухлучевого осциллографа, можно по очереди проверить форму и наличие импульсов однолучевым, но при этом остается полагаться только на собственную внимательность при распайке трансформатора Т4.

Если у вас до сих пор ничего не взорвалось, не нагрелось, импульсы есть и правильно сфазированы, можно впаять все недостающие элементы и произвести первое включение. На всякий случай рекомендую это сделать через лампочку Ильича ватт на 150 (если сможете купить :D). По-хорошему, чтобы ничего не сжечь, ее конечно надо включать в разрыв цепи между плюсом С5 и полумостом. Но так как у нас печатная плата, это сделать затруднительно. При включении в разрыв сетевого провода от нее толку мало, но все-таки как-то спокойнее)). Включаем ИИП на холостом ходу и замеряем выходные напряжения. Они должны быть приблизительно равны номинальным.

Подключаем между выходами «+25 В» и «-25 В» нагрузку 100 Вт. Для этих целей удобно использовать обычный чайник 220 В 2,2 кВт, предварительно наполнив его водой. Один чайник нагружает ИИП примерно на 90 – 100 Вт. Снова замеряем выходные напряжения. Если они значительно отличаются от номинальных, вгоняем их в допустимые пределы подборкой резисторов R4 и R6 в модуле А1.

Если ИИП работает неустойчиво – выходное напряжение колеблется с некоторой частотой, необходимо подобрать элементы компенсации обратной связи C6, R9, R10. Увеличение емкости С10 увеличивает инерционность ИИП и повышает стабильность, однако чрезмерное увеличение его емкости приведет к замедлению ОС и возрастанию пульсаций выходного напряжения. Теперь можно проверить ИИП на максимальной нагрузке. Если ИИП под нагрузкой запускается неустойчиво, либо переходит в «икающий» режим, можно попробовать увеличить емкость конденсатора С3, однако слишком увлекаться этим не рекомендую – это приведет к снижению быстродействия защиты по току и возрастанию ударных перегрузок элементов ИИП при КЗ. Также можно попробовать уменьшить номинал R8. При указанном на схеме значении защита срабатывает при амплитуде тока первичной обмотки Т4 около 5 А. К слову скажу, что максимально допустимый ток стока примененных транзисторов – 8 А.

Если и теперь ничего не взорвалось, все транзисторы и конденсаторы остались на своих местах,  блок питания удовлетворяет приведенным в начале статьи характеристикам, а чайник согрелся, подключаем к БП усилок и наслаждаемся музыкой, попивая свежеприготовленный чаек 🙂

PS: Я испытал свой ИИП совместно с усилителем на LM3886. Никакого фона в колонках я не заметил (что не скажешь о комповых колонках с «классическим» трансформатором). Звук очень понравился.

Удачной сборки!

  1. Схемы ШИМ-контроллеров К1156ЕУ2, К1156ЕУ3 https://www.sitsemi.ru/kat/1156eu23.pdf
  2. Широтно-импульсные контроллеры серий КР1156ЕУ2 и КР1156ЕУ3. – Радио, 2003, №6, с. 47 – 50.
  3. Разработка и применение высокоскоростных схем управления силовыми полевыми транзисторами https://valvolodin.narod.ru/articles/FETsCntr.pdf
  4. Расчет и применение GDT https://bsvi.ru/raschet-i-primenenie-gdt/
  5. DC-DC конвертер К1156ЕУ5 https://www.sitsemi.ru/kat/1156eu5c.pdf
  6. Программа «DrosselRing»  https://radiokot.ru/forum/download/file.php?id=106660
  7. Программа «ExcellentIT(5000)» https://radiokot.ru/forum/download/file.php?id=106659
  8. Программа «CalcGRI» https://radiokot.ru/forum/download/file.php?id=106664

Файлы:
Фотография
Плата в формате Sprint Layout 5.0


Все вопросы в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

Полевой транзистор схема управления нагрузкой постоянного тока

Полевой транзистор схемаПолевой транзистор схема

Полевой транзистор схема: эффективная регулировка нагрузки постоянного тока


Полевой транзистор схема, которого представлена в этой публикации способна управлять мощной постоянной нагрузкой также эффективно как и сборки Дарлингтона или биполярные транзисторы.

Полевой транзистор работает подобно обычному транзистору — слабым сигналом на затворе управляем мощным потоком через канал. Но, в отличии от биполярных транзисторов, тут управление идет не током, а напряжением. МОП (по буржуйски MOSFET) расшифровывается как Метал-Оксид-Полупроводник из этого сокращения становится понятна структура этого транзистора.

Полевой транзистор схема-1Полевой транзистор схема-1

Если на пальцах, то в нем есть полупроводниковый канал который служит как бы одной обкладкой конденсатора и вторая обкладка — металлический электрод, расположенный через тонкий слой оксида кремния, который является диэлектриком. Когда на затвор подают напряжение, то этот конденсатор заряжается, а электрическое поле затвора подтягивает к каналу заряды, в результате чего в канале возникают подвижные заряды, способные образовать электрический ток и сопротивление сток — исток резко падает. Чем выше напряжение, тем больше зарядов и ниже сопротивление, в итоге, сопротивление может снизиться до мизерных значений — сотые доли ома, а если поднимать напряжение дальше, то произойдет пробой слоя оксида и транзистору хана.

Достоинство такого транзистора, по сравнению с биполярным очевидно — на затвор надо подавать напряжение, но так как там диэлектрик, то ток будет нулевым, а значит требуемая мощность на управление этим транзистором будет мизерной, по факту он потребляет только в момент переключения, когда идет заряд и разряд конденсатора.

Недостаток же вытекает из его емкостного свойства — наличие емкости на затворе требует большого зарядного тока при открытии. В теории, равного бесконечности на бесконечно малом промежутки времени. А если ток ограничить резистором, то конденсатор будет заряжаться медленно — от постоянной времени RC цепи никуда не денешься.

МОП Транзисторы бывают P и N канальные. Принцип у них один и тот же, разница лишь в полярности носителей тока в канале. Соответственно в разном направлении управляющего напряжения и включения в цепь. Очень часто транзисторы делают в виде комплиментарных пар. То есть есть две модели с совершенно одиннаковыми характеристиками, но одна из них N, а другая P канальные. Маркировка у них, как правило, отличается на одну цифру.

Полевой транзистор схема-2Полевой транзистор схема-2

Нагрузка включается в цепь стока. Вообще, в теории, полевому транзистору совершенно без разницы что считать у него истоком, а что стоком — разницы между ними нет. Но на практике есть, дело в том, что для улучшения характеристик исток и сток делают разной величины и конструкции плюс ко всему, в мощных полевиках часто есть обратный диод (его еще называют паразитным, т.к. он образуется сам собой в силу особенности техпроцесса производства).

У меня самыми ходовыми МОП транзисторами являются IRF630 (n канальный) и IRF9630 (p канальный) в свое время я намутил их с полтора десятка каждого вида. Обладая не сильно габаритным корпусом TO-92 этот транзистор может лихо протащить через себя до 9А. Сопротивление в открытом состоянии у него всего 0.35 Ома.

Впрочем, это довольно старый транзистор, сейчас уже есть вещи и покруче, например IRF7314, способный протащить те же 9А, но при этом он умещается в корпус SO8 — размером с тетрадную клеточку.

Одной из проблем состыковки MOSFET транзистора и микроконтроллера (или цифровой схемы) является то, что для полноценного открытия до полного насыщения этому транзистору надо вкатить на затвор довольно больше напряжение. Обычно это около 10 вольт, а МК может выдать максимум 5.

Тут вариантов три:

  • На более мелких транзисторах сорудить цепочку, подающую питалово с высоковольтной цепи на затвор, чтобы прокачать его высоким напряжением

Полевой транзистор схема-3Полевой транзистор схема-3

  • применить специальную микросхему драйвер, которая сама сформирует нужный управляющий сигнал и выровняет уровни между контроллером и транзистором. Типичные примеры драйверов это, например, IR2117.

Полевой транзистор схема-4Полевой транзистор схема-4

MOSFET-5MOSFET-5

Надо только не забывать, что есть драйверы верхнего и нижнего плеча (или совмещенные, полумостовые). Выбор драйвера зависит от схемы включения нагрузки и комутирующего транзистора. Если обратишь внимание, то увидишь что с драйвером и в верхнем и нижнем плече используются N канальные транзисторы. Просто у них лучше характеристики чем у P канальных.

Но тут возникает другая проблема. Для того, чтобы открыть N канальный транзистор в верхнем плече надо ему на затвор подать напряжение выше напряжения стока, а это, по сути дела, выше напряжения питания. Для этого в драйвере верхнего плеча используется накачка напряжения. Чем собственно и отличается драйвер нижнего плеча от драйвера верхнего плеча.

    • Применить транзистор с малым отпирающим напряжением. Например из серии IRL630A или им подобные. У них открывающие напряжения привязаны к логическим уровням. У них правда есть один недостаток — их порой сложно достать. Если обычные мощные полевики уже не являются проблемой, то управляемые логическим уровнем бывают далеко не всегда.

Но вообще, правильней все же ставить драйвер, ведь кроме основных функций формирования управляющих сигналов он в качестве дополнительной фенечки обеспечивает и токовую защиту, защиту от пробоя, перенапряжения, оптимизирует скорость открытия на максимум, в общем, жрет свой ток не напрасно.

Выбор транзистора тоже не очень сложен, особенно если не заморачиваться на предельные режимы. В первую очередь тебя должно волновать значение тока стока — I Drain или ID выбираешь транзистор по максимальному току для твоей нагрузки, лучше с запасом процентов так на 10.

Следующий важный для тебя параметр это VGS — напряжение насыщения Исток-Затвор или, проще говоря, управляющее напряжение. Иногда его пишут, но чаще приходится выглядывать из графиков. Ищешь график выходной характеристики Зависимость ID от VDS при разных значениях VGS. И прикидыываешь какой у тебя будет режим.

Вот, например, надо тебе запитать двигатель на 12 вольт, с током 8А. На драйвер пожмотился и имеешь только 5 вольтовый управляющий сигнал. Первое что пришло на ум после этой статьи — IRF630. По току подходит с запасом 9А против требуемых 8. Но глянем на выходную характеристику:

MOSFET-6MOSFET-6

Видишь, на 5 вольтах на затворе и токе в 8А падение напряжения на транзисторе составит около 4.5В По закону Ома тогда выходит, что сопротивление этого транзистора в данный момент 4.5/8=0.56Ом. А теперь посчитаем потери мощности — твой движок жрет 5А. P=I*U или, если применить тот же закон Ома, P=I2R. При 8 амперах и 0.56Оме потери составят 35Вт. Больно дофига, не кажется? Вот и мне тоже кажется что слишком. Посмотрим тогда на IRL630.

При 8 амперах и 5 вольтах на Gate напряжение на транзисторе составит около 3 вольт. Что даст нам 0.37Ом и 23Вт потерь, что заметно меньше.

MOSFET-7MOSFET-7

Если собираешься загнать на этот ключ ШИМ, то надо поинтересоваться временем открытия и закрытия транзистора, выбрать наибольшее и относительно времени посчитать предельную частоту на которую он способен. Зовется эта величина Switch Delay или ton,toff, в общем, как то так. Ну, а частота это 1/t. Также не лишней будет посмотреть на емкость затвора Ciss исходя из нее, а также ограничительного резистора в затворной цепи, можно рассчитать постоянную времени заряда затворной RC цепи и прикинуть быстродействие.

Если постоянная времени будет больше чем период ШИМ, то транзистор будет не открыватся/закрываться, а повиснет в некотором промежуточном состоянии, так как напряжение на его затворе будет проинтегрировано этой RC цепью в постоянное напряжение.

При обращении с этими транзисторами учитывай тот факт, что статического электричества они боятся не просто сильно, а ОЧЕНЬ СИЛЬНО. Пробить затвор статическим зарядом более чем реально. Так что как купил, сразу же в фольгу и не доставай пока не будешь запаивать. Предварительно заземлись за батарею и надень шапочку из фольги :).

А в процессе проектирования схемы запомни еще одно простое правило — ни в коем случае нельзя оставлять висеть затвор полевика просто так — иначе он нажрет помех из воздуха и сам откроется. Поэтому обязательно надо поставить резистор килоом на 10 от Gate до GND для N канального или на +V для P канального, чтобы паразитный заряд стекал. Вот вроде бы все, в следующий раз накатаю про мостовые схемы для управления движков

Источник

Практические примеры схем на полевых транзисторах.

Сегодня для закрепления материала про полевики рассмотрим схемы на полевых транзисторах и обсудим принцип их работы. Предыдущие статьи про ПТ вот тут – раз и два. Начнем!

Схема истокового повторителя.

Биполярным аналогом этого устройства является эмиттерный повторитель (о нем шла речь тут). Вот как выглядит простейший повторитель на полевом транзисторе:

Принципиальная схема истокового повторителя на полевом транзисторе.

Ну давайте разбираться что же и как этот повторитель повторяет 🙂 Напряжение на выходе:

U_и = i_с\medspace R_1

Ток стока мы можем определить через напряжение затвор-исток следующим образом:

i_с = g_m\medspace U_{зи} = g_m\medspace (U_з\medspace-\medspace U_и)

Подставляем i_с в формулу для U_и и получаем вот что:

U_и = \frac{R_1\medspace g_m}{1 + R_1\medspace g_m}\medspace U_з

И если сопротивление нагрузки R_1 намного превышает величину \frac{1}{g_m}, то мы получаем довольно-таки хороший повторитель (U_з = U_и).

Но у этой схемы есть парочка существенных недостатков. Во-первых, характеристики полевого транзистора трудно поддаются контролю при изготовлении, поэтому такой истоковый повторитель может иметь непредсказуемое смещение по постоянному току. А во-вторых, такой повторитель имеет довольно-таки большое выходное сопротивление, соответственно, амплитуда выходного сигнала все-таки будет меньше, чем амплитуда сигнала на входе.

Более качественный повторитель получается при использовании согласованных пар транзисторов. Такая схема выглядит следующим образом:

Согласованная пара полевых транзисторов.

Рассмотрим работу данной схемы. Полевик Q2 задает определенный ток. Этот ток соответствует напряжению затвор-исток, равному нулю. Транзисторы включены последовательно, значит через Q1 течет такой же ток, а так как полевики абсолютно одинаковые, то и для Q1 напряжение затвор-исток равно нулю. В то же время:

U_{зи} = U_з\medspace-\medspace U_и = U_{вх}\medspace-\medspace U_{вых} = 0

Вот и получаем, что U_{вх} = U_{вых}, то есть напряжение на выходе повторяет сигнал на входе.

Эту схему истокового повторителя можно еще модернизировать, добавив резисторы в цепь истока. С помощью подбора их значений можно установить разные значения тока стока:

Улучшенная схема истокового повторителя.

На этом заканчиваем с истоковыми повторителями и переходим к некоторым другим схемам на полевых транзисторах 🙂

Схема ключа на полевом транзисторе.

Схема ключа на полевом транзисторе.

Здесь мы видим n-канальный МОП-транзистор. При заземленном затворе полевик находится в закрытом состоянии и, соответственно, входной сигнал не проходит на выход. Если подать на затвор напряжение, например, +10 В, то транзистор перейдет в открытое состояние и сигнал практически беспрепятственно пройдет на выход.

Тут особо и объяснять нечего 🙂

Теперь перейдем к логическим элементам (вентилям) на МОП-транзисторах. И начнем с вариантов исполнения логического инвертора. Посмотрите на схемку:

Схема инвертора на полевом транзисторе.

Что вообще должен делать инвертор? Очевидно, что инвертировать сигнал 🙂 То есть подаем на вход сигнал низкого уровня, на выходе получаем высокий уровень и наоборот.

Давайте смотреть как это все работает. Если на входе низкий уровень сигнала, то n-канальный МОП-транзистор закрыт, ток через резистор нагрузки не течет, соответственно, все напряжение Vcc оказывается на выходе. А если на входе высокий уровень, то ПТ во включенном состоянии проводит ток, при этом на нагрузке появляется напряжение, а потенциал стока (выходной сигнал) практически равен нулю (низкий уровень). Вот так вот эта схема и работает.

Рассмотрим еще один вариант инвертора, но уже с использованием p-канального ПТ:

Инвертор на p-канальном транзисторе.

Работает эта схема аналогично схеме инвертора на n-канальном транзисторе, поэтому останавливаться на этом не будем.

Есть один большой минус у обеих этих схем – это высокое выходное сопротивление. Можно, конечно, уменьшать R_1, но при это рассеиваемая мощность будет увеличиваться (она обратно пропорциональна квадрату сопротивления). Как вы понимаете, в этом нет ничего хорошего. Отличной альтернативой этим схемам инверторов является схема на комплементарных МОП-транзисторах (КМОП). Она имеет следующий вид:

Логический вентиль на КМОП.

Итак, пусть у нас на входе сигнал высокого уровня. Тогда p-канальный МОП-транзистор Q2 будет выключен, а Q1, напротив, будет во включенном состоянии. При этом на выходе будет сигнал низкого уровня. А что если на входе низкий уровень? А тогда наоборот Q1 будет выключен, а Q2 включен, и на выходе окажется сигнал высокого уровня. Вот и все 🙂

Пожалуй, рассмотрим теперь еще одну схемку на полевиках – схему логического вентиля И-НЕ. Этот вентиль имеет два входа и один выход, и и низкий уровень должен быть на выходе только в том случае, когда на оба входа подан сигнал высокого уровня. Во всех остальных случаях на выходе сигнал высокого уровня.

Логический вентиль И-НЕ.

Смотрите, как это работает. Если на Входе 1 и Входе 2 высокий уровень, то оба n-канальных транзистора Q1 и Q2 проводят ток, а p-канальные Q3 и Q4 закрыты, и на выходе окажется сигнал низкого уровня. Если на одном из входов сигнал низкого уровня, то один из транзисторов Q3, Q4 открыт, а, соответственно, один из транзисторов Q2, Q1 закрыт. Тогда цепь Q1 – Q2 – земля разомкнута, а на выход через открытый транзистор Q3 или Q4 попадает напряжение высокого уровня. Вот и получается, что низкий уровень на выходе возможен только если на обоих входах сигнал высокого уровня.

Заканчиваем на этом разговор о полевых транзисторах 🙂 Мы сегодня рассмотрели схемы на полевых транзисторах и кроме того разобрались как они работают. Так что до скорых встреч на нашем сайте!

Двухтактный полумостовой преобразователь можно построить на примере компьютерного блока питания

Упрощенная схема полумостового усилителя мощности

Усилители мощности

Основные положения по структуре силовых каскадов - усилителей мощности, схемам включения силовых активных и индуктивных элементов, рассматриваемые здесь, справедливы и для других случаев построения схем преобразователей напряжения.Усилители мощности являются основными узлами для преобразователей напряжения с внешним управлением.

Основное различие двухтактных полумостовых схем заключается в схемотехнических решениях построения базовых цепей силовых ключевых транзисторов. Конфигурация этих цепей выбирается такой, чтобы обеспечить оптимальный для применяемых транзисторов режим переключения. При этом главным показателем эффективности переключения являются минимальные динамические потери мощности на ключевых транзисторах. При построении базовых цепей силового каскада учитываются следующие факторы:

· величина коэффициента усиления по току применяемых транзисторов;

· обеспечение оптимальной скорости нарастания и спада тока базы при переключении;

· время рассасывания избыточных носителей в базе при запирании транзисторов (инерционность).

Упрощенная схема полумостового усилителя мощности (до 500 Вт) приведена на рис. 77, а.

а

б

Рис. 77

На рис. 77, а представлены два силовых транзистора VT1 и VT2 и два конденсатора С1 и С2, образующие мостовую схему. В диагональ моста, между точкой соединения конденсаторов Cl, C2 и точкой соединения эмиттера VT1 и коллектора VT2, подключается первичная обмотка силового высокочастотного трансформатора TV1. В качестве коммутаторов (ключей) могут быть использованы не только биполярные транзисторы, но и другие мощные ключи - полевые транзисторы, биполярные транзисторы с изолированным затвором БТИЗ-транзисторы типа IGBT и др. Транзисторы в двухтактном ИПН могут включаться с общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК). Схемы с ОЭ позволяют получить наибольший КПД при малом напряжении питания. Схема с ОК позволяет несколько снизить обратное напряжение на транзисторах. Такое включение позволяет расположить транзисторы на общем радиаторе. Наиболее часто такое включение рекомендуется при повышенных (свыше 12-15 В) напряжениях питания.


Рассмотрим принцип работы такой схемы. Первичная обмотка ИПН включена в диагональ электрического моста, одно плечо которого образовано конденсаторами С1, С2, а другое – мощными ключевыми транзисторами VT1,VT 2.


Конденсаторы достаточно большой и одинаковой емкости С1, С2 образуют емкостной делитель, одновременно выполняя функцию сглаживающих емкостей высокочастотного фильтра.

При подключении схемы к напряжению сети и его выпрямлению мостовым выпрямителем рис.77,б конденсаторы будут заряжены. Выпрямленное напряжение сети делится на них пополам. Транзисторы управляются по базам от схемы управления через управляющий, он же и согласующий (развязывающий) трансформатор TV2 (рис. 77, б) таким образом, что переключение их происходит поочередно с регулируемой паузой на нуле.

Когда транзистор VT3 достигает состояния насыщения, а транзистор VT4 находится в состоянии отсечки, первичная обмотка трансформатора, имеющая число витков w1, подключается к заряженному конденсатору С1 достаточно большой емкости. Поэтому в этот промежуток времени (VT3 открыт) ток протекает по цепи: от (+) выпрямителя - через силовой транзистор (к-э) VT3 -первичную обмотку TV2 (справа налево) - развязывающий конденсатор С3 - подзаряжает конденсатор С2 - к минусу диодного моста, одновременно протекает ток разряда конденсатора по пути от (+) С1 через (к-э) VT3 и первичную обмотку TV2(справа налево)- через С3 к (-)С1.

Во второй полупериод, когда транзистор VT3 закрыт, a VT4 открыт, ток протекает по пути: от (+) выпрямителя - подзаряжает конденсатор С1 - развязывающий конденсатор С3- первичная обмотка TV2(слева направо) - силовой транзистор (к-э) VT4 - к (-) диодного моста, одновременно в том же направлении протекает ток разряда конденсатора от (+) С2 к своему (-).

Ток через первичную обмотку импульсного трансформатора TV2 протекает в противоположном предыдущему случаю направлении. Следовательно, напряжение во вторичной обмотке с числом витков w2 будет иметь форму прямоугольных импульсов разной полярности. Из схемы видно, что к первичной обмотке импульсного трансформатора прикладывается лишь половинное напряжение питания. Если сравнить схему силовой части с аналогичной схемой однотактного преобразователя, то можно убедиться, что коммутируемый ток транзистором в рассматриваемой схеме двухтактного полумостового преобразователя, будет вдвое больше тока, протекающего через транзистор в однотактном преобразователе для получения той же мощности в нагрузке.

Однако в такой схеме обратное напряжение, приложенное к закрытому транзистору, уменьшается более чем в два раза по сравнению с однотактной схемой преобразователя.

Стабильность выходных напряжений поддерживается тем же способом, что и в однотактной схеме. Сигнал обратной связи подается на схему управления с делителя R29, R30 в цепи шины выходного напряжения ИПН. Схема управления, построенная по принципу ШИМ, изменяет длительность управляющих импульсов, подаваемых на базы силовых транзисторов VT3, VT4 таким образом, чтобы вернуть отклонившееся выходное напряжение к номинальному значению. При этом для обеспечения достаточной величины базового для силовых ключей тока на выходе схемы управления включается согласующий каскад.

Диоды VD8 и VD9 называются рекуперационными (возвратными). Они создают путь для протекания тока в моменты запирания транзисторов VT3 и VT4. Токи эти протекают под воздействием противо-ЭДС, наводимой в первичной обмотке силового импульсного трансформатора TV2 при резком прерывании тока через нее в результате запирания этих транзисторов. Возникновение импульса ЭДС при запирании транзисторов объясняется неизбежным наличием у силового импульсного трансформатора паразитной индуктивности рассеяния, в которой за время открытого состояния транзистора запасается магнитная энергия.

Явление магнитного рассеяния заключается в том, что часть магнитного потока ответвляется от основного магнитного потока и замыкается по различным путям, охватывающим различные группы витков; этот факт отражают введением понятия индуктивности рассеяния Ls. Противо-ЭДС всегда имеет полярность, стремящуюся поддержать ток прежнего направления. Потенциал вывода 1 первичной обмотки силового трансформатора TV2 можно считать не изменяющимся.

Поэтому на выводе 2 первичной обмотки ТV2 при запирании транзистора VT3 появляется отрицательный потенциал. Если бы диод VD9 отсутствовал, то потенциал коллектора закрытого транзистора VT4 стал бы отрицательным по отношению к его эмиттеру, т.е. транзистор VT4 оказался бы в инверсном режиме, а к коллектору транзистора VT3 оказалось бы приложено напряжение, превышающее напряжение питания. Поэтому такой режим нежелателен. Диод VD9 позволяет избежать попадания в этот режим, т.к. открывается и через него замыкается кратковременный ток рекуперации, протекающий по цепи: 2TV2 – С3 -С2 – «общий провод» – VD9 – 1TV2.

При этом конденсатор С2 подзаряжается, т.е. энергия, запасенная в индуктивности рассеяния первичной обмотки TV2, частично возвращается (рекуперируется) в источник. При запирании транзистора VT4 на выводе 2 первичной обмотки TV2 появляется положительный потенциал и тогда, если бы диод VD8 отсутствовал, в инверсном режиме оказался бы транзистор VT3, а коллектор транзистора VT4 оказался бы под воздействием импульса, превышающего уровень питания. Однако VD8 открывается и замыкает цепь тока рекуперации: 1TV2VD2 – шина UepС1-С3 – 2TV2.

При этом подзаряжается конденсатор С1, т.е. избыточная энергия опять возвращается (рекуперируется) в источник.

Последовательность открывания транзисторов устанавливается внешней схемой управления, примером которой может служить ШИМ регулятор, выполненный в соответствии со схемами, приведенными ранее. Импульсные сигналы, эпюры напряжений которых показаны на двух нижних диаграммах рис.36 гл.3, TL494могут быть поданы на базовые цепи транзисторов VT1 и VT2 рис.79,б для управления работой усилителя мощности на транзисторах VT3 и VT4. Если абстрагироваться от задачи регулирования вторичного напряжения, то основным назначением схемы управления является формирование корректных сигналов, исключающих протекание сквозных токов через транзисторы VT3 и VT4, и обеспечение симметрии выходного импульсного напряжения. Симметрирование работы силовых транзисторов благоприятно отражается на их тепловом режиме. Максимальное напряжение коллектор-эмиттер каждого из транзисторов в схеме полумостового усилителя равно напряжению питания Un.

Амплитуду импульсного тока при заданной выходной мощности в нагрузке Рн можно рассчитать по формуле:

,

где Uоmin - минимальное значение напряжения питания силового каскада преобразователя;

- коэффициент заполнения; ηи - КПД источника питания.

Таким образом, амплитудное значение импульсного тока, протекающего через транзисторы VT3 и VT4, сопоставимо с аналогичным параметром для однотактного каскада с обратным включением диода.

Схема, показанная на рис. 79, б предполагает питание постоянным или выпрямленным и отфильтрованным напряжением. В качестве конденсаторов для С1 и С2 необходимо применять лакопленочные или бумажные конденсаторы, рассчитанные на применение в диапазоне частот работы высокочастотного преобразователя, при значительном напряжении пульсаций на них. Минимальное значение емкости конденсаторов для двухтактного полумостового усилителя мощности определяется по формуле:

,

в которой: Fп – частота преобразования; Uc_–допустимый уровень пульсаций на конденсаторах С1 и С2 с частотой преобразования.

Представленная в настоящем разделе схема имеет ряд неоспоримых достоинств. Основным считается способ включения трансформатора TV2 в силовую цепь, при котором исключается насыщение его сердечника вследствие разбросов по длительности и амплитуде воздействующих на него импульсов разной полярности. Используя схему внешнего управления, можно исключить протекание сквозных токов через транзисторы. Активные элементы, применяемые в полумостовом усилителе, могут иметь значительно низкие предельные параметры по напряжению, чем полупроводниковые приборы, используемые в однотактных каскадах.

При разработке ИВЭП на базе сетевых импульсных преобразователей напряжения (ИПН), работающих на повышенной частоте, основное внимание уделяют обеспечению их надежности и высокого КПД. Именно этими качествами обладают двухтактные ИПН [4 - 9].

Прямоходовой преобразователь, построенный по двухтактной полумостовой схеме обладает преимуществами:

во-первых, транзисторы должны быть рассчитаны на амплитудное напряжение сети, а не на удвоенное напряжение для схемы с обратноходовым преобразователем (ООП). Номенклатура таких транзисторов шире и стоить они могут даже меньше, чем один на удвоенное напряжение;

во-вторых, основной индуктивный элемент – трансформатор – работает в режиме перекачки и не накапливает магнитную энергию; работа его происходит в симметричном режиме при небольших токах намагничивания.

Поэтому по сравнению со схемой ООП такой трансформатор имеет меньшие габариты при одинаковых мощностях, и расчет его проще. Малый ток намагничивания означает малую накапливаемую энергию в индуктивности рассеяния, поэтому для ее гашения не требуются сложные демпфирующие цепи, и процессы переключения в преобразователе значительно «спокойнее». Проблемы, которые существовали ранее при построении ИИП по схеме полумостового преобразователя – проблемы сквозного тока, начального запуска и регулирования выходного напряжения – успешно разрешаются с развитием интегральной схемотехники.

4.2.4. Согласующий каскад

Для согласования и развязки мощного выходного каскада от маломощных цепей управления служит согласующий каскад.

Практические схемы построения согласующего каскада в различных ИП можно разделить на два основных варианта:

· транзисторный вариант, где в качестве ключей используются внешние транзисторы в дискретном исполнении;

· бестранзисторный вариант, где в качестве ключей используются выходные транзисторы самой управляющей микросхемы VT1, VT2 (в интегральном исполнении).

Кроме того, еще одним признаком, по которому можно классифицировать согласующие каскады, является способ управления силовыми транзисторами полумостового инвертора. По этому признаку все согласующие каскады можно разделить на:

· каскады с общим управлением, где управление обоими силовыми транзисторами производится с помощью одного общего для них управляющего трансформатора, который имеет одну первичную и две вторичные обмотки;

· каскады с раздельным управлением, где управление каждым из силовых транзисторов производится с помощью отдельного трансформатора, т.е. в согласующем каскаде имеется два управляющих трансформатора.

Исходя из обеих классификаций согласующий каскад может быть выполнен одним из четырех способов:

· транзисторный с общим управлением;

· транзисторный с раздельным управлением;

· бестранзисторный с общим управлением;

· бестранзисторный с раздельным управлением.

Транзисторные каскады с раздельным управлением почти не применяются. Во всех вариантах построения ИП связь с силовым каскадом осуществляется трансформаторным способом. При этом трансформатор выполняет две основные функции: усиления управляющего сигнала по току (за счет ослабления по напряжению) и гальванической развязки. Гальваническая развязка необходима потому, что управляющая микросхема и согласующий каскад находятся на вторичной стороне, а силовой каскад – на первичной стороне ИП.

Рассмотрим работу каждого из упомянутых вариантов согласующего каскада на конкретных примерах.

В транзисторной схеме с общим управлением в качестве согласующего каскада используется двухтактный трансформаторный предварительный усилитель мощности на транзисторах VT3 и VT4 (рис. 78).

Рис. 78

Оба транзистора включены по схеме с общим эмиттером и работают в ключевом режиме.

Коллекторными нагрузками транзисторов являются первичные полуобмотки импульсного управляющего трансформатора TV и резистор общей нагрузки R19, который задает максимальную величину тока через транзисторы.

Напряжение питания Uпит подается в среднюю точку первичной обмотки через R19 и диод развязки VD8. Транзисторы по отношению к питающему напряжению включены параллельно.

На базы транзисторов VT3, VT4 поступают последовательности прямоугольных импульсов положительной полярности с отрицательными передними фронтами, сдвинутые по фазе друг относительно друга на половину периода. Из этого следует, что в промежутках между импульсами транзисторы VT3, VT4 открыты, т.к. к их управляющим переходам приложено открывающее напряжение. Под воздействием управляющих импульсов транзисторы поочередно закрываются.

На эмиттерах VT3, VT4 поддерживается напряжение за счет цепочки VD10, VD11, С13. Это напряжение позволяет осуществлять активное попеременное закрывание обоих транзисторов. Действительно, когда на базе закрываемого транзистора действует выходной импульс микросхемы, то напряжение на базе близко к 0. Напряжение же на эмиттере за счет цепочки VD10, VD11, С13 поддерживается постоянно. Поэтому к управляющему переходу база-эмиттер на время действия выходного импульса микросхемы оказывается приложенным в запирающей полярности напряжение. Фронты коллекторных импульсов в результате получаются крутыми.

Диоды VD7, VD9 предназначены для гашения паразитных колебательных процессов, которые возникают при запирании транзисторов VT3, VT4, в паразитном контуре, образованном первичной обмоткой TV1 и ее распределенной межвитковой емкостью.

При этом гашение (демпфирование) происходит по истечении первого полупериода паразитного колебания, когда полярность напряжения на паразитном контуре меняется. Ток демпфирования при запирании транзистора VT4 протекает по цепи: 3 TV1- к-э VT4 - VD7 - 1TV1. При запирании транзистора VT3 - по цепи: 1TV1- э - VT3 - VD9 - 3TV1.

Первый полупериод этих паразитных высокочастотных колебании выглядит как начальный выброс напряжения на коллекторе транзистора при его запирании.

Токи через диоды VD7 и VD9, протекающие под воздействием магнитной энергии, запасенной в сердечнике TV1, имеют вид спадающей экспоненты. В сердечнике TV1 во время протекания токов через диоды VD7 и VD9 действует изменяющийся (спадающий) магнитный поток, что и обуславливает появление импульсов ЭДС на его вторичных обмотках.

Диод VD8 устраняет влияние согласующего каскада на управляющую микросхему через общую шину питания.

Одна из разновидностейтранзисторногосогласующего каскадас общимуправлением приведена на рис. 79. Первой особенностью этого варианта является то, что выходные транзисторы VT1, VT2 микросхемы включены как эмиттерные повторители. Выходные сигналы снимаются с выводов 9, 10 микросхемы. Резисторы R17, R16 и R15, R14 являются эмиттерными нагрузками транзисторов VT1 и VT2 соответственно. Эти же резисторы образуют базовые делители для транзисторов VT3, VT4, которые работают в ключевом режиме. Емкости С13 и С12 являются форсирующими и способствуют ускорению процессов переключения транзисторов VT3, VT4.

Второй характерной особенностью этого каскада является то, что первичная обмотка управляющего трансформатора DT не имеет вывода от средней точки и подключена между коллекторами транзисторов VT3, VT4. Когда выходной транзистор VT1 управляющей микросхемы открывается, то оказывается запитан напряжением Upom базовый для транзистора VT3 делитель R17, R16. Поэтому через управляющий переход VT3 протекает ток, и он открывается. Ускорению этого процесса способствует форсирующая емкость С13, которая обеспечивает подачу в базу VT3 отпирающего тока, в 2-2,5 раза превышающего установившееся значение. Результатом открывания VT3 является то, что первичная обмотка 1-2 TV своим выводом 1 оказывается подключена к корпусу. Так как второй транзистор VT4 заперт, то через первичную обмотку TV начинает протекать нарастающий ток по цепи: Upom - R11 - 2-1 TV - к-э - VT3 - корпус. На вторичных обмотках 3 - 4 и 5 - 6 TV появляются импульсы ЭДС прямоугольной формы. Направление намотки вторичных обмоток TV разное. Поэтому один из силовых транзисторов (на схеме не показано) получит открывающий базовый импульс, а другой - закрывающий. Когда VT1 управляющей микросхемы резко закрывается, то вслед за ним также резко закрывается и VT3.

Рис. 79

Ускорению процесса закрывания способствует форсирующая емкость С13, напряжение с которой прикладывается к переходу база-эмиттер VT3 в закрывающей полярности. Далее длится «мертвая зона», когда оба выходных транзистора микросхемы закрыты. Далее открывается выходной транзистор VT2, а значит оказывается запитанным напряжением Upom базовый для второго транзистора VT4 делитель R15, R14. Поэтому VT4 открывается и первичная обмотка 1-2 TV оказывается подключена к корпусу другим своим концом (выводом 2), поэтому через нее начинает протекать нарастающий ток противоположного предыдущему случаю направления по цепи: Upom - R10 - 1-2 TV - к-э - VT4 – «корпус».

Поэтому полярность импульсов на вторичных обмотках TV меняется, и открывающий импульс получит второй силовой транзистор, а на базе первого будет действовать импульс закрывающей полярности. Когда VT2 управляющей микросхемы резко закрывается, то вслед за ним также резко закрывается VT4 (с помощью форсирующей емкости С12). Далее опять длится «мертвая зона», после чего процессы повторяются.

Таким образом, основная идея, заложенная в работу этого каскада, заключается в том, что переменный магнитный поток в сердечнике TV удается получить благодаря тому, что первичная обмотка TV подключается к корпусу то одним, то другим своим концом. Поэтому через нее протекает переменный ток без постоянной составляющей при однополярном питании.

Бестранзисторная схема с общим управлением показана на рис.80. Выходные транзисторы микросхемы VT1, VT2 нагружаются по коллекторам первичными полуобмотками трансформатора TV. Питание подается в среднюю.

Рис. 80

Когда открывается транзистор VT1, то нарастающий ток протекает через этот транзистор и полуобмотку 1-2 управляющего трансформатора TV. На вторичных обмотках TV появляются управляющие импульсы, имеющие такую полярность, что один из силовых транзисторов инвертора открывается, а другой закрывается. По окончании импульса VT1 резко закрывается, ток через полуобмотку 1-2 TV перестает протекать, поэтому исчезает ЭДС на вторичных обмотках TV, что приводит к закрыванию силовых транзисторов.

Далее длится «мертвая зона», когда оба выходных транзистора VT1, VT2 микросхемы закрыты, и ток через первичную обмотку TV не протекает. Далее открывается транзистор VT2, и ток, нарастая во времени, протекает через этот транзистор и полуобмотку 2-3 TV. Магнитный поток, создаваемый этим током в сердечнике TV, имеет противоположное предыдущему случаю направление.

Поэтому на вторичных обмотках TV наводятся ЭДС противоположной предыдущему случаю полярности. В результате открывается второй транзистор полумостового инвертора, а на базе первого импульс имеет закрывающую его полярность. Когда VT2 управляющей микросхемы закрывается, ток через него и первичную обмотку TV прекращается. Поэтому исчезают ЭДС на вторичных обмотках TV, и силовые транзисторы инвертора вновь оказываются закрыты. Далее опять длится «мертвая зона», после чего процессы повторяются.

Основная идея построения этого каскада заключается в том, что переменный магнитный поток в сердечнике управляющего трансформатора удается получить благодаря подаче питания в среднюю точку первичной обмотки этого трансформатора. Поэтому токи протекают через полуобмотки с одинаковым числом витков в разных направлениях. Когда оба выходных транзистора микросхемы закрыты («мертвые зоны»), магнитный поток в сердечнике TV равен 0. Поочередное открывание транзисторов вызывает поочередное появление магнитного потока то одной, то другой полуобмотки. Результирующий магнитный поток в сердечнике получается переменным.

Рис. 81

Бестранзисторная схема с раздельным управлениемиспользовалась, например, в ИБП компьютера Appis.

В этой схеме имеется два управляющих трансформатора TV1, TV2, первичные полуобмотки которых являются коллекторными нагрузками для выходных транзисторов микросхемы (рис. 81). В этой схеме управление каждым из двух силовых ключей осуществляется через отдельный трансформатор. Питание подается на коллекторы выходных транзисторов микросхемы с общей шины Upom через средние точки первичных обмоток управляющих трансформаторов TV1, TV2.

Диоды VD9, VD10 с соответствующими частями первичных обмоток TV1, TV2 образуют схемы размагничивания сердечников. Остановимся на этом вопросе подробнее.

Согласующий каскад (рис. 81) по сути, представляет собой два независимых однотактных прямоходовых преобразователя, т.к. открывающий ток протекает в базу силового транзистора во время открытого состояния согласующего транзистора, т.е. согласующий и связанный с ним через трансформатор силовой транзистор открыты одновременно.

При этом оба импульсных трансформатора TV1, TV2 работают с постоянной составляющей тока первичной обмотки, т.е. с вынужденным подмагничиванием. Если не предусмотреть специальных мер по размагничиванию сердечников, то они войдут в магнитное насыщение за несколько периодов работы преобразователя, что приведет к значительному уменьшению индуктивности первичных обмоток и выходу из строя переключающих транзисторов VT1, VT2. Рассмотрим процессы, протекающие в преобразователе на транзисторе VT1 и трансформаторе TV1. Когда транзистор VT1 открывается, через него и первичную обмотку 1-2 TV1 протекает линейно нарастающий ток по цепи: Upom - 2-1 TV1 - к-э - VT1 – «корпус».

Когда отпирающий импульс на базе VT1 заканчивается, он резко закрывается. Ток через обмотку 1-2 TV1 прекращается. Однако ЭДС на размагничивающей обмотке 2-3 TV 1 при этом меняет полярность, и через эту обмотку и диод VD10 протекает размагничивающий сердечник TV1 ток по цепи: 2 TV1 - Upom - С9 – «корпус» - VD10 - 3TV1.

Ток этот - линейно спадающий, т.е. производная магнитного потока через сердечник TV1 меняет знак, и сердечник размагничивается. Таким образом во время этого обратного такта происходит возврат избыточной энергии, запасенной в сердечнике TV1 за время открытого состояния транзистора VT1, в источник (подзаряжается накопительный конденсатор С9 шины Upom).

Однако такой вариант реализации согласующего каскада наименее предпочтителен, т.к. оба трансформатора TV1, TV2 работают с недоиспользованием по индукции и с постоянной составляющей тока первичной обмотки. Перемагничивание сердечников TV1, TV2 происходит по частному циклу, охватывающему только положительные значения индукции. Магнитные потоки в сердечниках из-за этого получаются пульсирующими, т.е. содержат постоянную составляющую. Это приводит к завышенным массогабаритным показателям трансформаторов TV1, TV2 и, кроме того, по сравнению с другими вариантами согласующего каскада, здесь требуется два трансформатора вместо одного.

В бестранзисторных вариантах согласующих каскадов ИБП в качестве транзисторов согласующего каскада, как это было отмечено ранее, используются выходные транзисторы VT1, VT2 управляющей микросхемы. В этом случае дискретные транзисторы согласующего каскада отсутствуют.

Универсальный контроллер полумостового ИбП - Блоки питания (импульсные) - Источники питания

                                                                   Универсальный контроллер полумостового ИБП

Автоколебательные полумостовые инверторы с коммутирующим трансформатором, получившие ши­рочайшее распространение в нестабилизированных импульсных блоках питания, обязаны этим своей пре­дельной простоте Однако на этом их положительные качества и исчерпываются, в то время как список их недостатков достаточно длинен. Главный недостаток - сложность в расчете. Особенно это касается комму­тирующего трансформатора, задающего основной па­раметр такого ИБП - его рабочую частоту Большин­ство радиолюбителей даже не пытаются его рассчи­тывать, а либо повторяют уже известные моточные данные, либо подбирают их на готовой конструкции, как говорится, "по месту" Трудности повторения и под­бора усугубляются еще и тем, что для изготовления коммутирующего трансформатора желателен не лю­бой магнитный материал, а имеющий характеристику намагничивания с петлей гистерезиса прямоугольной формы и небольшой площади. Это приводит к тому, что в любительских условиях, когда применяется не то, что надо, а то, что есть (ведь ферритовые изделия редко бывают внятно промаркированы), точное повто­рение маловероятно. То же самое касается и настрой­ки. Будучи один раз изготовлен, этот трансформатор определяет частоту генерации на все время эксплуа­тации блока, и никакая оперативная регулировка при этом невозможна Кроме того, для инверторов, в ко­торых генерация поддерживается благодаря положи­тельной ОС по току, характерным недостатком явля­ется сильная зависимость параметров блока от нагруз­ки, вплоть до полного отказа при ее снижении. А если перейти на ПОС по напряжению, появляется другая неприятность - уж очень большая доля выходной мощ­ности потребляется цепью ПОС, значительно ухудшая КПД блока. Особенно это заметно на ИБП малой мощ­ности - в единицы ватт. Так например, в ИБП, описан­ном в [1], до половины выходной мощности отбира­лось цепью ПОС, где большая ее часть расходовалась на нагрев балластного резистора.

Именно поэтому, видимо, автор конструкции, опуб­ликованной в [2], решился на значительное усложне­ние схемы ИБП, хотя в ней не предусмотрены ни стаби­лизация, ни ШИМ. Ему уда­лось продемонстрировать несколько новых и, как вы­яснилось, эффективных приемов схемотехники бло­бло­ков питания (ниже их приме­нение будет рассмотрено под­робнее). Тем не менее универ­сальной схему [2] назватьнельзя и, прежде всего, из-за ее сложности. Две мик­росхемы (одну из которых к тому же приходится про­граммировать), кварцованная тактовая частота, мос­товая силовая часть - все это спроектировано под кон­кретный случай и явно излишне, скажем, для ИБП мощностью в несколько ватт. А ведь таких большин­ство - если подсчитать количество всем знакомых чер­ных кубиков-адаптеров, приходящееся на одну сред­нестатистическую квартиру, то оно, скорее всего, бу­дет не менее десятка штук. Поэтому создание простей­шего контроллера, пригодного для ИБП мощностью единицы-десятки ватт, и по сложности ненамного пре­вышающего инвертор с коммутирующим трансформа­тором, остается актуальной задачей.

Попробуем сформулировать список требований, которым должен удовлетворять такой контроллер. Основой его должна быть логическая микросхема широко распространенной серии (лучше всего-един­ственная) Силовая часть - по схеме полумоста (при­чем необязательно на полевых ключах), поскольку это, по сравнению с полным мостом, вдвое упрощает схе­му ключей и во столько же раз уменьшает потребную выходную мощность предвыходного каскада, не огра­ничивая (вопреки утверждаемому в [2]) выходную мощность самого блока питания. Параметры рабоче­го режима (частота, длительность защитных интерва­лов) должны легко устанавливаться подбором RC-це- пей. Специальные меры, связанные с пуском, поме- хозащитой и аварийными режимами, могут быть уп­рощены до предела или вообще отсутствовать (кро­ме плавкого предохранителя, конечно). В том, что для маломощных ИБП такое упрощение допустимо, мож­но убедиться, ознакомившись со схемотехникой энер­госберегающих ламп. Практика подтвердила это до­пущение.

Схема контроллера, в основном удовлетворяющего этим требованиям, показана на рис. 1

Чтобы получить нужную для управления силовыми ключами мощность, применена подсказанная в [2] КМОП-логика серии КР1564 (аналог 74НС), которая обладает наносекундным быстродействием и высокой нагрузочной способ­ностью при небольшом напряжении питания. Но, в от­личие от конструкции [2], использован только один уп­равляющий трансформатор Т1. Частоту преобразова­ния ИБП задает симметричный мультивибратор на эле­ментах DD1.1, DD1.2. Выход контроллера представля­ет собой мостовую схему на четырех логических эле­ментах DD1.3...DD1.6. Защитный интервал величиной 6...15% от ширины управляющего импульса, позволя­ющий гарантированно защитить силовые ключи от сквозных токов, а также дать завершиться переход­ным процессам при коммутации, формируется про­стейшим способом - задержкой входного сигнала од­ного из плеч с помощью интегрирующей цепочки R4, Сб. Поскольку фронты и спады импульсов этого пле­ча оказываются завалены, их приходится восстанав­ливать, применяя для этого триггеры Шмидта. Таким образом, в схеме контроллера рис. 1 могут быть ис­пользованы только логические инверторы, содержа­щие триггеры Шмидта, т.е. КР1564ТЛ2 или 74НС14.

Если согласиться на некоторое усложнение схемы, то можно использовать более распространенные триг­геры Шмидта типа К561ТЛ1. Однако для получения нужной нагрузочной способности в этом варианте на выходе все равно требуется применение инверторов серии КР1564. Схема такого контроллера показана на рис. 2.

 Здесь задающий генератор DD1.1 настроен на частоту вдвое больше рабочей, а счетный триггер DD2, деля ее на 2, обеспечивает идеальную симметрию уп­равляющих импульсов. Если это не требуется, то мож­но построить задающий генератор в виде симметрич­ного мультивибратора, как на рис. 1. Некоторая не­симметрия выходного сигнала такого мультивибрато­ра может привести к появлению на выходе постоян­ной составляющей, подмагничивающей трансформа­тор Т1. Чтобы этого избежать, последовательно с пер­вичной обмоткой Т1 включен конденсатор С7. Кстати, для уменьшения несимметрии желательно применять во времязадающих цепочках этого мультивибратора как можно более точные резисторы и конденсаторы (во всяком случае, с допуском не хуже 5%).

Цепи питания такого ИБП аналогичны описанным в [2]. Но поскольку энергопотребление управляющей части гораздо ниже, емкость балластного конденсато­ра С1 уменьшена втрое. Емкость сглаживающего кон­денсатора С2 выбирается исходя из требуемого каче­ства фильтрации низкочастотных пульсаций и может быть гораздо больше, чем указано на рис. 1. Однако при этом в цепи заряда этого конденсатора желатель­но предусмотреть низкоомный позистор или хотя бы обычный резистор, ограничивающий стартовый ток че­рез диоды VD2.

Цепи управления полевыми ключами также анало­гичны описанным в [2], если не считать уменьшения сильно завышенных номиналов конденсаторов С8, С9 до реально необходимых значений. Вообще управле­ние полевыми ключами связано с некоторыми тонко­стями, о которых в [2] упомянуто лишь вскользь. По­пробуем подробнее разобраться в этом вопросе. Для этого рассмотрим малоизвестную, но очень полезную и информативную характеристику - зависимость со­противления канала MOSFET-транзистора от напря­жения из-и. Хотя она почти никогда не публикуется в справочниках, ее нетрудно снять самостоятельно, пользуясь обычными любительскими приборами - омметром и регулируемым источником постоянного напряжения.

   

 На рис. 3 показаны такие характеристи­ки для тех транзисторов, которые оказались у автора под рукой в количестве не менее 2...3 штук (меньше было бы статистически недостоверно). Главное, что видно из этих графиков - коммутация ключа происхо­дит в узкой переходной зоне управляющих напряже­ний, которая для большинства распространенных транзисторов составляет примерно 2,5...3,5 В. Нало­жим эти значения на реальную осциллограмму управ­ляющих импульсов на затворе одного из транзисто­ров полумоста (рис. 4), и из нее становится понятен смысл защитных интервалов (ступенек на фронтах им­пульсов): если они располагаются ниже уровня запи­рания, то когда один ключ открыт, другой гарантиро­ванно закрыт. Во время самого защитного интервала закрыты оба ключа. Кроме того, из рис. 4 видно, что крутые фронты управляющих импульсов нужны лишь в этой переходной зоне , чем быстрее удается ее про­скочить, тем меньше динамические потери в ключах. Остальная часть импульса определяет статические потери (т.е. падение напряжения на открытом ключе и утечку через закрытый) и может иметь достаточно произвольный вид Далее, из рис. 4 следует, что не всегда полезно завышать амплитуду управляющих импульсов для уменьшения сопротивления открытого транзистора. Действительно, если увеличить напря­жение питания управляющей части контроллера до 6 В, предельно допустимых для КР1564, то верхушки уп­равляющих импульсов будут выше, и мы получим не­которое снижение статических потерь на открытом ключе, но одновременно защитные интервалы тоже приподнимутся и окажутся в переходной зоне. Появят­ся моменты, когда оба ключа будут полуоткрыты, и об­разовавшиеся от этого сквозные токи "съедят" полу­ченный выигрыш. И, наконец, из рассмотрения графи­ков рис. 3 видно, что не все транзисторы одинаково пригодны для работы с таким контроллером. Если при­менить 2SK945 или IRF840, для которых переходная зона располагается в диапазоне 1,7. .2,5 В, и ничего не менять в цепях управления ключами, то защитные интервалы как раз попадут в этот диапазон, и сквоз­ных токов тогда не избежать. Существует также боль­шой класс современных MOSFET-транзисторов с по­роговой зоной 1... 1,5 В (т.н. "логические", т.е. допус­кающие непосредственное управление от низковоль­тной логики, в их обозначении обычно присутствует буква L), для которых это тем более недопустимо без соответствующего снижения уровня защитных интер­валов. Автор в описываемых ИБП чаще всего исполь­зовал транзисторы SSS2N60A фирмы Samsung (2 А, 600 В) как наиболее дешевые, к тому же имеющие пол­ностью изолированный пластиком корпус. В маломощ­ных вариантах ИБП были опробованы также D2NC40 в корпусах для поверхностного монтажа, добытые из энергосберегающих ламп. Напряжение питания кон­троллера для этих транзисторов нужно увеличить до 6 В, поскольку они, согласно рис. 3, имеют наиболее высокое сопротивление канала и самую "правую" ха­рактеристику управ­ления.

Контроллер позво­ляет использовать в качестве ключевых элементов и биполярные NPN-транзисторы. Схема такой сило­вой части показана на рис. 5, причем число витков обмоток II и III трансформатора Т1 в ней, естественно, должно быть не таким, как для полевых. Другое важное отличие кон­троллера, обслуживающего биполярные ключи - не­обходимость учесть большее, чем у полевых, время закрывания. Для этого надо увеличить длительность защитных интервалов до 20...25% от ширины управ­ляющего импульса, что достигается увеличением емкости конденсатора С6 (см. рис. 2 по сравнению с рис. 1) или сопротивления резистора R4. Осциллог­рамма управляющего импульса для биполярного клю­ча показана на рис. 6.

 Надо подчеркнуть, что при та­ком управляющем сигнале выходное напряжение по­лумоста имеет прямоугольную (неступенчатую) фор­му, поскольку ступеньки защитных интервалов мас­кируются затянутым закрыванием транзисторов. В ре­альной конструкции это достигается подбором резис­тора R4, т.е. первоначальной установкой заведомо большего номинала, а затем уменьшением R4 до по­лучения прямоугольной формы напряжения на выхо­де блока. Слишком большое значение R4 приводит к проходу защитных ступенек на выход, зауживанию вы­ходных импульсов и недобору по мощности (эффект, равноценный ШИ-регулированию), а чрезмерно малое - к сквозным токам, перегреву ключей и выходу их из строя. Чтобы оценить выходную мощность, которую способен выдать полумост на биполярных транзисто­рах, управляемых таким контроллером, можно изме­рить с помощью осциллографа на резисторе R6 ток базы открытого транзистора. В авторском экземпля­ре он оказался равным 15 мА. Транзисторы MJE13001, MJE13003, 2SC2482 или 2SC2611 из энергосберегаю­щих ламп, имеющие невысокий И21э, при таком токе базы позволяют управлять коллекторным током до 100... 150 мА. Следовательно, можно ожидать от таких транзисторов выходной мощности около 12...20 Вт. Дли­тельный прогон такого ИБП, нагруженного на 5-ваттную лампочку показал, что транзисторы 2SC2482 в корпу­сах Т092, не снабженные никакими радиаторами, оста­вались холодными.

Напрашивается возможность ввести в такой кон­троллер регулировку выходной мощности путем ШИМ, изменяя в некоторых пределах сопротивление R4. Автором такая возможность не проверялась, посколь­ку для этого нужна полная симметрия управляющих сигналов по всему диапазону. А даже в тех узких пре­делах, которые нужны для формирования защитных интервалов, их несимметричность заметна, как гово­рится, невооруженным глазом (см. осциллограммы рис. 4 и рис. 6). Тем не менее, при нешироком диапа­зоне регулирования и небольшой выходной мощнос­ти такая регулировка представляется возможной.

Теперь о конструктивных особенностях. Как легко догадаться из вышеописанного, автор старался бази­роваться на широко доступных компонентах из неис­правных энергосберегающих ламп. Оттуда брались не только транзисторы, но и магнитопроводы, изготов­ленные, как показала практика, из высококачествен­ных "силовых" ферритов. Хотя описание выходной цепи ИБП выходит за рамки контроллерной тематики, можно упомянуть, что силовой трансформатор Т2 на LU-образных магнитопроводах, взятых из ламп и сло­женных по 2...4 штуки вместе, способен выдать на вы­ход до 40... 100 Вт, работая на частоте 80... 100 кГц. Именно такую рабочую частоту обеспечивает задаю­щий генератор в схеме рис. 1 (на рис. 2 - вдвое боль­шую). Для ИБП мощностью в единицы ватт достаточ­но одного такого магнитопровода. Для тех, кто хотел бы воспользоваться помощью компьютера при расче­те силового трансформатора, можно порекомендовать удобную программу Е. Москатова "Transformer 2.0.0.0", выложенную на сайте [3]. Существуют и другие про­граммы такого рода. Возможные замены диодов впол­не очевидны: все диодные мосты можно собрать на взятых из ламп диодах 1 N4007, стабилитрон VD3 го­дится любой 5-вольтовый, а в качестве VD4, VD5 мож­но ставить любые кремниевые быстродействующие, например, КД521.

Управляющий трансформатор Т1 намотан на фер- ритовом кольце, взятом из коммутирующего транс­форматора энергосберегающей лампы. Технология его изготовления, описанная в [2], оказалась весьма удач­ной и эффективной, хотя не во всем корректной. Если кольцо эмалированное, то оно пригодно для намотки сразу. Если нет, то его надо подготовить - не только закруглить наждачной шкуркой острые грани, но и обязательно изолировать всю поверхность с помощью полоски лакоткани. Пренебрежение этой мерой в прак­тике автора, пока он не узнал, что ферриты многих марок обладают неплохой электропроводностью, не раз приводило к сгоранию силовых транзисторов. Да­лее, как рекомендовано в [2], изготавливается жгутик длиной около 0,5 м из четырех сложенных вместе и часто перевитых (несколько скруток на 1 см) обмоточ­ных проводов диаметром 0 12...0,2 мм. Этим жгутиком делается 25 витков равномерно по всей окружности кольца (для управления полевыми транзисторами). За­тем концы расплетаются, и два из этих проводов ис­пользуются как обмотки II и III, а остальные два соеди­няются последовательно, образуя обмотку I. Такой ме­тод обеспечивает хорошую связь между обмотками и минимальное рассеивание магнитного поля, благода­ря чему передача управляющих импульсов на затворы происходит без искажений и потери быстродействия, с минимумом паразитных "звонов". Для управления би­полярными транзисторами обмотка I должна иметь 50 витков, а II и III - по 10 витков. Намотать их общим жгутиком при такой разнице затруднительно, тем не менее надо постараться максимально увеличить связь между обмотками, распределив каждую из них рав­номерно по окружности кольца.

Трудно согласиться с данной в [2] рекомендацией использовать для намотки трансформатора Т1 провод с эмалевой изоляцией типа ПЭВ. Ведь при намотке жгутиком никакой межобмоточной изоляции нет, а между обмотками этого трансформатора действует на­пряжение не менее 310 В (а с учетом выбросов при переходных процессах - и более). Но с другой сторо­ны, справочники утверждают, что даже самый тонкий ПЭВ-2 имеет изоляцию, выдерживающую сотни вольт. По мнению автора, поскольку радиолюбители частень­ко используют случайный провод, неизвестно когда из­готовленный и, возможно, хранившийся до использо­вания в неблагоприятных условиях, то лучше пере­страховаться и применять для намотки Т1 не ПЭВ-2, а провод, имеющий двойную изоляцию - например, ПЭЛШО или даже ПЭПШД, а после наладки желатель­но пропитать готовый и испытанный трансформатор хотя бы парафином.

Теперь о налаживании контроллера. Применять сложную методику, описанную в [2], с измерением тока потребления на каждом этапе, имеет смысл лишь тог­да, когда делается первый такой ИБП. В дальнейшем, когда "рука набита", достаточно правильно сфазировать обмотки II и III трансформатора Т1, убедиться с помощью осциллографа в правильной форме импуль­сов на затворах (базах) транзисторов VT1 и VT2 и, если требуется, подстроить защитные интервалы, скоррек­тировав номиналы интегрирующей цепочки R4, Сб. Первое включение с нагрузкой все же желательно де­лать на пониженном сетевом напряжении, питая ИБП через ЛАТР.          

(Прим. ред. - 20.07.2008 вышла новейшая версия про­граммы "Design tools pulse transformers 4.0.0.0". Раньше программа называлась "Transformer" (см. сообщение [3]).

Программу "Design tools pulse transformers 4.0.0.0" для расчета трансформаторов, справку по программе (файл Design_tools_pulse_transformers_4000 z р) вы можете загрузить с сайта нашего журнала:

http://www.radioliga.com (раздел "Программы")

а также с сайта автора программы:

http://www.moskatov.narod.ru/

Литература

1.   В. Стрюков. "Малогабаритный блок питания - из электронного балласта" - Радио, №3, 2004 г., с. 38.

2.   С. Макаркин. "Самодельный ИБП для импортного трансивера" - Радио, №10, 2003 г., с. 62.

3.   http://moskatov.narod.ru/

Виктор Стрюков

г. Калининград

УМЗЧ А КЛАССА НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Привет всем любителям хорошего аудио. Изучив несколько статей про разработку итальянского инженера-аудиотехника Андреа Чуффоли про усилитель Power Follower 99c, подумалось собрать тоже такую вещь. Были подобраны необходимые детали, прочитаны несколько статей и в путь... Первый канал оконечного усилителя на IRFP150N собран за пару часов неспешно, с перекурами и перерывами на общение с друзьями и парочку онлайн-игр. Тем более что схема совсем не сложная.

Схема принципиальная УМЗЧ Power Follower 99c

Сразу хочу предостеречь - включать это чудо без мало-мальских приличных радиаторов - это 100% убийство полевых транзисторов! Греется схема как небольшой масляный обогреватель. Всё-ттаки чистый А-класс.

Все три транзистора IRFP150N в каждом канале закрепил на один радиатор (один радиатор - один канал). Для этой цели использовал недавно удачно приобретенного донора "Кумир-001". Радиаторы меньших размеров, думается мне, не будут достаточно охлаждать схему.

   

Включил: вроде ничего не взорвалось, выставил половину напряжения на предохранителе. Подключил нагрузку (колонки S30), сигнал на вход подал со звуковой карты компьютера... И расстроился: звук хороший, активный, насыщенный, но максимум 4 Ватта на слух.

Как это часто бывает сыграла невнимательность. Огромное спасибо другу Сергею, который изучив оригинальную статью на английском языке подсказал, что схема этого оконечного усилителя не что иное, как, цитирую "усилитель тока, и коэффициент усиления по напряжению у него равен 1. Именно поэтому к нему делают специальные ламповые предусилители или на транзисторах с высоким питающим напряжением", конец цитаты.

Блок питания и преамп

Следовательно, нужен хороший предварительный усилитель - ламповый, транзисторный, любой. Выбрал вот такой вариант:

Ибо уж если полевики, то полевики до конца.

На входе диодного моста - 60 Вольт (трансформатор ТПП-235-220-50), на выходе БП - 58,8 Вольт, в обоих плечах. Резисторы R1 - 1К5; R2, R3 - 47 Ом. Все резисторы - 2 Ватта мощностью. Транзистор в БП - TIP29A. Стабилитроны Zener на 10 Вольт, 5 Ватт.

По поводу усилителя мощности, вот комментарии по результатам первых испытаний:

  1. Каждый канал собирается согласно первой схемы, и каждый канал должен питаться от отдельной вторичной обмотки трансформатора со своим диодным мостом и конденсатором.
  2. Радиатор и еще раз радиатор!
  3. Подстроечник 500 Ом за неимением заменил на многооборотный 1 кОм, следовательно 1.8 кОм резистор поменял на 1.2 кОм.
  4. Переключатель режимов (1.5А/3А) делать не стал, поскольку необходимость этого очень сомнительна, следовательно второй резистор 0,47 не нужен. Вместо трехватного 0,47 использовал три 2-омных двухватника параллельно (МЛТ-2, например).
  5. Питается от трансформатора из фирменного сабвуфера с двумя вторичными обмотками по 24 Вольта и одной 14 Вольт (это будет питание схемы индикации).
  6. Напряжение на истоке транзистора в блоке питания канала (правый верхний по схеме) - 22.5 Вольта.
  7. Напряжение на предохранителе (относительно минуса питания) - 10.9 Вольт. Сколько не крутил подстроечные резистор, большего добиться не удалось.

Первый канал предварительного усилителя собран, протестирован, хотя и не без накладок. Вместо 22 Ом (R102) резистора сперва поставил на плюс питания 22 кОм и огорчился, когда конструкция начала издавать в колонке хрипы и стоны. Благо перепутал не наоборот, и вместо килоомов не впаял омы - могло бы кончиться плачевно и с дымком. Поменял резистор - выставил напряжения (по сути, достаточно выставить 20 Вольт на стоке полевика, остальные напряжения с небольшим допуском получились сами) подстроечным резистором. И вуаля - чистый, мягкий и в то же время насыщенный звук с виниловой пластинки играет в 8-омную колонку очень красиво!

В общем вот, стерео вариант фоловера + предусилитель + блок питания к преампу готовы, проверены, протестированы.

По результатам могу сказать:

  • Для каждого канала УМЗЧ отдельная вторичка нужна и отдельный блок питания.
  • Греется этот усилитель по взрослому, посему радиаторы и еще раз радиаторы.
  • По звуку: чистый он, что-ли реальный какой-то, в общем приятный на слух.

На этом, пожалуй, все. Огромная благодарность моим друзьям Сергею и Игорю за идейное вдохновение, теоретическую и практическую помощь. Схему собрал и испытал - neo_work_tyumen.

   Форум по УНЧ

   Обсудить статью УМЗЧ А КЛАССА НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ


Полевой транзистор с переходным соединением

»Примечания по электронике

Полевой транзистор JFET представляет собой активный электронный компонент, который является одной из рабочих лошадок электронной промышленности, обеспечивая хороший баланс между стоимостью и производительностью.


FET, Полевой транзистор, Учебное пособие включает:
FET основы Характеристики полевого транзистора JFET МОП-транзистор МОП-транзистор с двойным затвором Силовой MOSFET MESFET / GaAs полевой транзистор HEMT & PHEMT Технология FinFET


Соединительный полевой транзистор или JFET широко используется в электронных схемах.Полевой транзистор с переходным эффектом - это надежный и полезный электронный компонент, который можно очень легко использовать в различных электронных схемах, от усилителей JFET до переключающих схем JFET.

Полевой транзистор с переходным эффектом находится в свободном доступе, а полевые транзисторы JFET можно купить за очень небольшие деньги. Это делает их идеальными для использования во многих схемах, где требуется хороший баланс между стоимостью и производительностью.

Полевые транзисторы

доступны в течение многих лет, и хотя они не обеспечивают чрезвычайно высокие уровни входного сопротивления постоянному току, как у полевых МОП-транзисторов, они, тем не менее, очень надежны, прочны и просты в использовании.Это делает эти электронные компоненты идеальным выбором для многих конструкций электронных схем. Также доступны компоненты как с выводами, так и с устройствами для поверхностного монтажа.

Основы JFET

В основном полевой транзистор или полевой транзистор состоит из секции кремния, проводимость которой регулируется электрическим полем. Часть кремния, через которую протекает ток, называется каналом и состоит из кремния одного типа, N-типа или P-типа.

N and P channel junction FET, JFET circuit symbol Соединительный полевой транзистор, символ цепи JFET

Соединения на обоих концах устройства называются истоком и стоком.Электрическое поле для управления током прикладывается к третьему электроду, известному как затвор.

Поскольку только электрическое поле управляет током, протекающим в канале, говорят, что устройство работает от напряжения и имеет высокое входное сопротивление, обычно много МОм. Это может быть явным преимуществом перед биполярным транзистором, работающим от тока и имеющим гораздо более низкий входной импеданс.

Работа JFET

Junction FET - это устройство, управляемое напряжением.Другими словами, напряжения, появляющиеся на затворе, контролируют работу устройства.

Устройства с N-каналом и P-каналом работают одинаково, хотя носители заряда инвертированы, то есть электроны в одном и дырки в другом. Случай для N-канального устройства будет описан, так как это наиболее часто используемый тип.

 JFET, Junction FET working below saturation Junction FET, JFET работают ниже насыщения

Толщина этого слоя меняется в зависимости от величины обратного смещения на стыке.Другими словами, при небольшом обратном смещении обедненный слой проходит только немного в канал и остается большая площадь для проведения тока.

Когда на затвор прикладывается большое отрицательное смещение, слой обеднения увеличивается, распространяясь дальше в канал, уменьшая площадь, по которой может проходить ток.

При увеличении смещения слой истощения в конечном итоге будет увеличиваться до такой степени, что он простирается прямо через канал, и канал считается отсеченным.

Когда в канале протекает ток, ситуация несколько меняется. При отсутствии напряжения на затворе в канале электроны (при условии, что это канал n-типа) будут привлечены положительным потенциалом стока и будут течь к нему, позволяя току течь внутри устройства и, следовательно, во внешней цепи.

Величина тока зависит от ряда факторов и включает площадь поперечного сечения канала, его длину и проводимость (т.е.е. количество свободных электронов в материале) и приложенное напряжение.

Из этого видно, что канал действует как резистор, и по его длине будет падение напряжения. В результате это означает, что p-n-переход становится все более обратным смещением по мере приближения к стоку. Следовательно, слой истощения становится толще ближе к сливу, как показано.

По мере увеличения обратного смещения затвора достигается точка, в которой канал почти перекрывается обедняющим слоем.Однако полностью канал никогда не закрывается. Причина этого в том, что электростатические силы между электронами заставляют их распространяться, давая обратный эффект увеличению толщины обедненного слоя.

После определенного момента поле вокруг электронов, текущих в канале, успешно противодействует дальнейшему увеличению обедненного слоя. Напряжение, при котором слой обеднения достигает своего максимума, называется напряжением отсечки.

Приложения для схемы JFET

Полевые транзисторы

- очень полезные электронные компоненты, поэтому они используются во многих конструкциях электронных схем.Они предлагают ряд явных преимуществ, которые можно использовать во многих схемах.

  • Простое смещение
  • Высокое входное сопротивление
  • Низкий уровень шума

Учитывая их характеристики, полевые транзисторы JFET используются во многих схемах, от усилителей до генераторов, от логических переключателей до фильтров и многих других приложений.

Структура и изготовление JFET

JFET могут быть как N-канальными, так и P-канальными устройствами. Их можно сделать очень похожими способами, за исключением того, что области N и P в приведенной ниже структуре поменяны местами.

Часто устройства изготавливаются на более крупной подложке, а сам полевой транзистор изготавливается, как показано на схеме ниже.

Typical JFET, Junction FET, structure Типичная структура JFET

Существует несколько способов изготовления полевых транзисторов. Для кремниевых устройств сильно легированная подложка обычно действует как второй затвор.

Затем активная область n-типа может быть выращена с использованием эпитаксии, или она может быть сформирована путем диффузии примесей в подложку или ионной имплантацией.

Если используется арсенид галлия, подложка образована полуизолирующим внутренним слоем.Это снижает уровни любых паразитных емкостей и позволяет получить хорошие высокочастотные характеристики.

Какой бы материал ни использовался для полевого транзистора, расстояние между стоком и истоком имеет важное значение и должно быть сведено к минимуму. Это сокращает время прохождения, когда требуются высокочастотные характеристики, и обеспечивает низкое сопротивление, что жизненно важно, когда устройство должно использоваться для питания или коммутации.

Ввиду их популярности, JFET доступны в различных пакетах.Они широко доступны в виде свинцовых электронных компонентов в популярном пластиковом корпусе TO92, а также в ряде других. Затем, как устройства для поверхностного монтажа, они доступны в пакетах, включая SOT-23 и SOT-223. Вероятно, наиболее широко используются JFET в качестве устройств для поверхностного монтажа. Наиболее крупномасштабное производство осуществляется с использованием технологии поверхностного монтажа и сопутствующих устройств для поверхностного монтажа.

Хотя JFET менее популярен, чем MOSFET и имеет меньшее количество JFET, он все же остается очень полезным компонентом.Предлагая высокий входной импеданс, простое смещение, низкий уровень шума и низкую стоимость, он обеспечивает высокий уровень производительности, который можно использовать во многих ситуациях.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды транзистор Фототранзистор FET Типы памяти тиристор Соединители Разъемы RF Клапаны / трубки батареи Выключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты»., ,

.

Эпитаксиальный полевой транзистор с быстрым восстановлением - Wikipedia

Ein Эпитаксиальный полевой транзистор с быстрым восстановлением (auch fast-reverse epitaxial diode field-effect transistor , abgekürzt FREDFET oder ) ist ein spezieller Leistungsfeldeffekttransistor, welcher besonders zum Schalten von индуктивен Ластен (Transformatoren, Elektromotoren) в Vollbrückenschaltung (Vierquadrantensteller или квазирезонантный Gegentakt-Schaltnetzteile).

Schaltzeichen eines selbstsperrenden n-Kanal- und p-Kanal-MISFET mit zusätzlicher Inversdiode

Bei diesem Transistor ist die Halbleiterstruktur bedingte Inversdiode (auch Bodydiode genannt, siehe Aufbau eines n-MOSFET) mit im Vergleich zu gewöhnlichen Leistungs-MOSFETs, который поддерживает kurzen Schaltzeiten ausgestaten. Das wird durch die Dotierung mit Schwermetallen erreicht, welche die Speicherladung und die Sperrverzögerungszeit signifikant vermindert. [1]

Dadurch ist es möglich, индуктивный Lasten in sehr kurzen Zeitspannen zu schalten.Meist werden FredFETs in so genannten Vierquadrantenstellern und anderen Anwendungen mit einer Vollbrücke (H-Brücke) aus MOSFET-Schaltern eingesetzt. Он использует инверсионный диод, как и в случае его использования, Ab- und Wiedereinschaltvorgang von Induktiven Lasten zu einem Stromfluss im einschaltenden MOSFET aufgrund der Speicherladung der Bodydiode im gegenüberliegenden Eden Eden Eden Eden Eden Eden Eden Eden Eden Eden Eden Eden Eden Eden Eden Eden Eden Eden Eden Eden Eden Eden Eden Eden Eden de MOSFET. Teilweise lässt sich dies vermeiden, indem der MOSFET im Moment des Leitens der Bodydiode eingeschaltet wird, wodurch er den Stromfluss der Diode übernimmt und diese sich bereits erholen kann.Bei hohen Arbeitsfrequenzen oder geringem Aussteuergrad, kombiniert mit hohem Blindstrom, reicht diese Zeit für die Diode jedoch nicht aus, um freizuwerden. Bedeutender ist daher ein weiterer Zerstörmechanismus, der darauf beruht, dass es bei noch nicht freigewordener Bodydiode und einer an ihr erzwungenen Sperrspannung zum Durchbruch einer parasitären Transistormörönsermentementementementementementementementementementementementementementementementementementementementementementementementementementementementementementementementementementementementementementementemendermemer [2] [3]

Allerdings weisen schnelle Gleichrichterdioden, auch als Fast-Recovery-Gleichrichterdioden bezeichnet, die extern als Freilaufdiode parallel zu der internen Inversdiode geschaltet werden, noch kültrsehalzeres und chan külltrzeres.Dies folgt aus dem Umstand, dass eine externe Diode und deren Aufbau unabhängig von der MOSFET-Struktur auf geringe Schaltzeiten und Flussspannung optimiert werden kann. [4] Штамп позолоченный, изготовленный из шнеллена Gleichrichterdioden, штамп на основе Halbleitermaterial Карбид кремния (SiC) basieren. Bei geringen Arbeitsspannungen können als Freilaufdioden Silizium-Schottkydioden eingesetzt werden, die nicht nur wesentlich schneller sind, sondern aufgrund ihrer geringen Flussspannung den Inversen Stromfluss durchlänehndiomende.

Die Abkürzung FREDFET bezeichnet manchmal auch den Begriff гаснущий диод FET (FET mit Freilauf-Löschdiode).

  • Джон Харпер: МОП-транзисторы с корпусным диодом Шнеллера . В: elektronik Industrie . Nr. 5, 2007, S. 30–31 (PDF [abgerufen am 23. Februar 2013]).
  1. ↑ Ulrich Nicolai, Tobias Reimann, Jürgen Petzoldt, Josef Lutz: Applikationshandbuch IGBT- и MOSFET-Leistungsmodule .1. Auflage. ISLE Verlag, 1998, ISBN 978-3-932633-24-9, S. 27 (версия PDF). Версия в формате PDF (Memento des Originals vom 20. Dezember 2011 im Internet Archive ) i Информация: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis. @ 1 @ 2Vorlage: Webachiv / IABot / www.semikron.com
  2. ↑ Hubert Aigner, Kenneth Dierberger, Denis Grafham: Улучшение полномостового преобразователя ZVT с фазовым сдвигом для безотказной работы в экстремальных условиях при сварке и аналогичных применениях .В: Отчет о конференции - Ежегодное собрание Общества отраслевых приложений IEEE . Группа 2. IEEE INC, 1998, S. 1341–1348, DOI: 10.1109 / IAS.1998.730318.
  3. ↑ Александр Фил, Томас Ву: Режимы отказа полевого МОП-транзистора в полномостовых импульсных источниках питания с переключением при нулевом напряжении . В: Конференция и выставка по прикладной силовой электронике, 2001. APEC 2001. Шестнадцатый ежегодный IEEE . Группа 2, 2001 г., С. 1247–1252, DOI: 10.1109 / APEC.2001.912525 (PDF).
  4. ↑ Джонатан Додж: Учебное пособие Power MOSFET .В: Джонатан . Nr. 12, 2006, С. 1–4 (PDF).
    Auch: Джонатан Додж: Power MOSFET Tutorial . In: Примечания по применению APT (Advanced Power Technology) . Band 403, 2004 (PDF).
,

Что такое транзистор, его функции и характеристики [видео]

Теплые советы: Слово в этой статье составляет около 3200 слов, а время чтения составляет около 15 минут.

Введение

Эта статья в основном расскажет, что такое транзистор, а также его подробные характеристики и функции. Транзистор - это своего рода твердое полупроводниковое устройство, которое имеет множество функций, таких как обнаружение, выпрямление, усиление, переключение, стабилизация напряжения, модуляция сигнала и так далее.В качестве переключателя переменного тока транзистор может управлять выходным током в зависимости от входного напряжения. В отличие от обычных механических переключателей (таких как реле и переключатели), транзисторы используют телекоммуникационные сигналы для управления их включением и выключением, а скорость переключения может быть очень высокой, которая может достигать более 100 ГГц в лаборатории. Национальная лаборатория Лоуренса Беркли преодолела физический предел и сократила самый сложный транзисторный процесс с 14 нм до 1 нм, сделав прорыв в вычислительной технологии.

Что такое транзистор? Определение, функции и использование

Ядро статьи

Введение в транзисторы

Назначение

Знакомство с транзистором, его функциями и характеристиками

Английское название

Транзистор

Категория

Дискретные полупроводниковые изделия

Функция

Используется как детектор, выпрямитель, усилитель, переключатель, стабилизатор напряжения, модуляция сигнала

Характеристика

Высокий отклик и высокая точность

Каталог

I Что такое транзистор?

Транзисторы - это полупроводниковые устройства, которые обычно используются в усилителях или переключателях с электрическим управлением.Транзисторы являются основным строительным блоком, регулирующим работу компьютеров, мобильных телефонов и всех других современных электронных схем.

Благодаря высокому отклику и высокой точности транзисторы могут использоваться для широкого спектра цифровых и аналоговых функций, включая усилители, переключатели, стабилизаторы напряжения, модуляцию сигнала и генераторы. Транзисторы могут быть упакованы независимо или на очень небольшой площади, вмещая часть 100 миллионов или более транзисторных интегральных схем.

(Intel 3D transistor technology)

(технология транзисторов Intel 3D)

Строго говоря, под транзисторами понимаются все отдельные элементы на основе полупроводниковых материалов, включая диоды, транзисторы, полевые транзисторы, тиристоры и т. Д., Изготовленные из различных полупроводниковых материалов. Транзисторы в основном относятся к кристаллическим триодам.

Транзисторы

делятся на две основные категории: биполярные транзисторы (BJT ) и полевые транзисторы (FET) .

structure of transistor

структура транзистора

Транзистор имеет три полюса: три полюса биполярного транзистора состоят из типа N и типа P соответственно: Эмиттер, База и Коллектор ; три полюса полевого транзистора: Source, Gate, Drain .

Из-за трех полярностей транзистора их также можно использовать тремя способами: заземленный эмиттер (также называемый общим усилителем излучения / конфигурацией CE), заземленная база (также называемая конфигурацией усилителя общей базы / CB) и заземленный коллектор (также называемый общий набор усилитель / конфигурация CC / эмиттерный соединитель).


II Разработка транзисторов

В декабре 1947 года группа компаний Belle Labs, Shockley, Barding и Bratton разработала германиевый транзистор с точечным контактом, появление которого стало главным изобретением 20 века и предвестником революции в микроэлектронике. С появлением транзисторов люди смогли использовать небольшое электронное устройство с низким энергопотреблением вместо лампы с большим объемом и большим потреблением энергии. Изобретение транзистора послужило толчком к рождению интегральной схемы.

В начале 1910-х годов в системах связи начали использовать полупроводники. В первой половине 20-го века рудные радиоприемники, которые были широко популярны среди радиолюбителей, использовались для обнаружения с помощью таких полупроводников. Электрические свойства полупроводников также применяются в телефонных системах.

В феврале 1939 года лаборатория Белла делает великое открытие - кремниевый PN переход. В 1942 году студент Сеймур Бензер из исследовательской группы Университета Пердью под руководством Ларка Горовица обнаружил, что монокристаллы германия обладают превосходными выпрямляющими свойствами, которых нет у других полупроводников.Эти два открытия соответствовали требованиям правительства США и заложили основу для последующего изобретения транзисторов.

  • 2.2 Точечно-контактные транзисторы

В 1945 году точечный транзистор, изобретенный Шокли и другими учеными, стал предвестником революции в области микроэлектроники человека. По этой причине Шокли подал заявку на патент на первый транзистор для Bell. Наконец, он получил разрешение на первый патент на транзистор.

  • 2.3 Биполярные и униполярные транзисторы

В 1952 году Шокли предложил концепцию униполярного переходного транзистора на основе биполярного транзистора в 1952 году, который сегодня называется переходным транзистором. Его структура аналогична структуре биполярного транзистора PNP или NPN, но на границе раздела с материалом PN имеется обедненный слой, образующий выпрямительный контакт между затвором и проводящим каналом стока истока. В то же время полупроводник на обоих концах используется как затвор.Ток между истоком и стоком регулируется затвором.

Подробное описание того, как работает биполярный переходной транзистор NPN и что он делает

Fairy Semiconductor, производящая транзисторы, выросла из компании, состоящей из нескольких человек, в большую компанию с 12 000 сотрудников.

После изобретения кремниевого транзистора в 1954 году большие перспективы применения транзисторов становились все более и более очевидными. Следующая цель ученых - еще более эффективно соединять транзисторы, провода и другие устройства.

  • 2.6 Полевой транзистор (FET) и МОП-транзистор

В 1962 году Стэнли, Хейман и Хофштейн, которые работали в исследовательской группе интеграции устройств RCA, обнаружили, что транзисторы, то есть МОП-транзисторы, могут быть построены путем диффузии и термического окисления проводящих полос, каналов с высоким сопротивлением и оксидных изоляторов на Si. субстраты.

В начале основания Intel компания по-прежнему фокусировалась на планках памяти.Hoff объединил все функции центрального процессора на одном кристалле, а также память. И это первый в мире микропроцессор - 4004 (1971 г.). Рождение 4004 года знаменует начало целой эпохи. С тех пор Intel стала неконтролируемой и доминирующей в области исследований микропроцессоров.

В 1989 году Intel представила 80486 процессоров. В 1993 году Intel разработала новое поколение процессоров. А в 1995 году Intel выпустила Pentium_Pro. Процессор PentiumII выпущен в 1997 году. В 1999 году выпущен процессор Pentium III, а процессор Pentium 4 - в 2000 году.

III Классификация транзисторов

  • 3.1 Как классифицировать транзистор

> Материал, используемый в транзисторе

По полупроводниковым материалам, используемым в транзисторе, его можно разделить на кремниевый транзистор и германиевый транзистор. Согласно полярности транзистора, его можно разделить на германиевый транзистор NPN, германиевый транзистор PNP, кремниевый транзистор NPN и кремниевый транзистор PNP.

> Технологии

По своей структуре и процессу изготовления транзисторы можно разделить на диффузионные транзисторы, легированные транзисторы и планарные транзисторы.

> Текущая мощность

По текущей емкости транзисторы можно разделить на транзисторы малой мощности, транзисторы средней мощности и транзисторы большой мощности.

> Рабочая частота

По рабочей частоте транзисторы можно разделить на низкочастотные транзисторы, высокочастотные транзисторы и сверхвысокочастотные транзисторы.

> Структура пакета

В соответствии со структурой упаковки транзисторы можно разделить на транзисторы с металлической упаковкой, транзисторы с пластиковой упаковкой, транзисторы со стеклянной оболочкой, транзисторы с поверхностной упаковкой и транзисторы с керамической упаковкой и т. Д.

> Функции и использование

По функциям и использованию транзисторы можно разделить на малошумящие транзисторы усилителя, транзисторы усилителя средней и высокой частоты, переключающие транзисторы, транзисторы Дарлингтона, транзисторы с высоким обратным напряжением, полосовые транзисторы, демпфирующие транзисторы, микроволновые транзисторы, оптические транзисторы и магнитные транзисторы. транзистор и многие другие типы.

  • 3.2 Типы транзисторов и их характеристики

> Гигантский транзистор (GTR)

GTR - это высоковольтный сильноточный биполярный транзистор (BJT), поэтому его иногда называют мощным BJT.

Особенности: Высокое напряжение, высокий ток, хорошие характеристики переключения, высокая мощность привода, но схема управления сложна; Принцип работы ОТО и обычных биполярных транзисторов одинаков.

> Фототранзистор

Фототранзисторы - это оптоэлектронные устройства, состоящие из биполярных транзисторов или полевых транзисторов. Свет поглощается в активной области таких устройств, создавая фотогенерируемые носители, которые проходят через внутренний механизм электрического усиления и генерируют усиление фототока. Фототранзисторы работают на трех концах, поэтому их легко реализовать с помощью электронного управления или электрической синхронизации. Материалами, используемыми в фототранзисторах, обычно являются GaAs, которые в основном делятся на биполярные фототранзисторы, полевые фототранзисторы и связанные с ними устройства.Биполярные фототранзисторы обычно имеют высокое усиление, но не слишком быстрое. Для GaAs-GaAlAs коэффициент увеличения может быть больше 1000, время отклика больше наносекунды, что часто используется в качестве фотодетектора и оптического усиления. Фототранзисторы с полевым эффектом (FET) реагируют быстро (около 50 пикосекунд), но недостатком является то, что светочувствительная площадь и коэффициент усиления малы, что часто используется в качестве сверхвысокоскоростного фотодетектора. Есть много других связанных планарных оптоэлектронных устройств, отличительными чертами которых являются высокая скорость отклика (время отклика составляет десятки пикосекунд) и которые подходят для интеграции.Ожидается, что такие устройства найдут применение в оптоэлектронной интеграции.

> Биполярный транзистор

Биполярный транзистор - это разновидность транзистора, обычно используемого в аудиосхемах. Биполярность возникает в результате протекания тока в двух типах полупроводниковых материалов. Биполярные транзисторы можно разделить на тип NPN или тип PNP в зависимости от полярности рабочего напряжения.

> Биполярный переходной транзистор (BJT)

«Биполярный» означает, что и электроны, и дырки находятся в движении одновременно с работой.Биполярный переходной транзистор, также известный как полупроводниковый триод, представляет собой устройство, которое объединяет два PN перехода посредством определенного процесса. Есть две комбинированные структуры PNP и NPN. Внешнее выявление трех полюсов: коллектора, эмиттера и базы. BJT имеет функцию усиления, которая в зависимости от его эмиттерного тока может передаваться через область базы в область коллектора. Для обеспечения этого процесса переноса, с одной стороны, должны быть выполнены внутренние условия, то есть концентрация примеси в области излучения должна быть намного больше, чем концентрация примеси в области основания, а толщина области основания должен быть очень маленьким; с другой стороны, должны выполняться внешние условия.То есть эмиссионный переход должен иметь положительное смещение (плюс положительное напряжение), а коллекторный переход должен иметь обратное смещение. Есть много видов BJT, в зависимости от частоты, есть лампы высокой и низкой частоты; по мощности бывают лампы малой, средней и большой мощности; в зависимости от материала полупроводника бывают кремниевые и германиевые трубки и т. д. Схема усилителя состоит из общего эмиттера, общей базы и общего коллектора.

BJT

БЮТ

> Полевой транзистор (FET)

Значение «полевого эффекта» заключается в том, что принцип работы транзистора основан на эффекте электрического поля полупроводника.

Полевые транзисторы - это транзисторы, работающие по принципу полевых эффектов. Существует два основных типа полевых транзисторов: полевые транзисторы (JFET) и металл-оксидные полупроводниковые полевые транзисторы (MOS-FET). В отличие от BJT, полевой транзистор состоит только из одной несущей, поэтому его также называют униполярным транзистором. Он относится к полупроводниковым устройствам с регулируемым напряжением, которые обладают такими преимуществами, как высокое входное сопротивление, низкий уровень шума, низкое энергопотребление, широкий динамический диапазон, простота интеграции, отсутствие вторичного пробоя, широкая безопасная рабочая зона и т. Д.

Эффект поля заключается в изменении направления или величины электрического поля, перпендикулярного поверхности полупроводника, для управления плотностью или типом большинства носителей в полупроводниковом проводящем слое (канале). Ток в канале модулируется напряжением, а рабочий ток переносится большинством носителей в полупроводнике. По сравнению с биполярными транзисторами, полевые транзисторы характеризуются высоким входным сопротивлением, низким уровнем шума, высокой предельной частотой, низким энергопотреблением, простым производственным процессом и хорошими температурными характеристиками, которые широко используются в различных усилителях, цифровых схемах и микроволновых схемах и т. Д.Металлические полевые МОП-транзисторы на основе кремния и полевые транзисторы с барьером Шоттки (MESFET) на основе GaAs являются двумя наиболее важными полевыми транзисторами. Они являются основными устройствами крупномасштабной интегральной схемы MOS и сверхбыстрой интегральной схемы MES соответственно.

FET

полевой транзистор

> Одноэлектронный транзистор

Транзистор, который может записывать сигнал с одним или небольшим количеством электронов. С развитием технологии травления полупроводников интеграция крупномасштабных интегральных схем становится все более и более высокой.Возьмем, к примеру, динамическую память с произвольным доступом (DRAM), ее интеграция растет почти в четыре раза каждые два года, и ожидается, что одноэлектронный транзистор станет конечной целью. В настоящее время средняя память содержит 200 000 электронов, в то время как одноэлектронный транзистор содержит только один или несколько электронов, поэтому это значительно снизит энергопотребление и улучшит интеграцию интегральных схем. В 1989 году J.H. Ф. Скотт-Томас и другие исследователи открыли феномен кулоновской блокировки.Когда подано напряжение, через квантовую точку не будет проходить ток, если изменение количества электрического заряда в квантовой точке меньше одного электрона. Таким образом, вольт-амперная зависимость не является нормальной линейной зависимостью, а имеет ступенчатую форму. Этот эксперимент является первым случаем в истории, когда движение электрона регулируется вручную, что обеспечивает экспериментальную основу для изготовления одного электрона. транзистор.

> Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT)

Биполярный транзистор

с изолированным затвором сочетает в себе преимущества гигантских транзисторов GTR и силовых полевых МОП-транзисторов.Он обладает хорошими свойствами и имеет широкий спектр применения. IGBT также является трехполюсным устройством: затвор, коллектор и эмиттер.

IV Основные параметры транзисторов

Основные параметры транзистора включают коэффициент усиления тока, мощность рассеяния, характеристическую частоту, максимальный ток коллектора, максимальное обратное напряжение, обратный ток и так далее.

  • 4.1 Коэффициент усиления постоянного тока

Коэффициент усиления постоянного тока, также называемый коэффициентом усиления статического тока или коэффициентом усиления постоянного тока, относится к отношению IC тока коллектора транзистора к базовому току IB, которое обычно выражается через hFE или β, когда статический входной сигнал не изменяется.

  • 4.2 Коэффициент усиления переменного тока

Коэффициент усиления переменного тока, также называемый коэффициентом усиления переменного тока и коэффициентом усиления динамического тока, относится к отношению IC к IB в состоянии переменного тока, которое обычно выражается через hfe или β. hfe и β тесно связаны, но также различны. Эти два параметра близки на низкой частоте и имеют некоторые отличия на высокой частоте.

Мощность рассеивания, также известная как максимально допустимая мощность рассеивания коллектора ---- PCM, относится к максимальной мощности рассеивания коллектора, когда параметр транзистора не превышает заданное допустимое значение.

Рассеиваемая мощность тесно связана с максимально допустимым переходным и коллекторным током транзистора. Фактическая потребляемая мощность транзистора не должна превышать значение PCM, когда он используется, иначе транзистор будет поврежден из-за перегрузки.

Транзистор, мощность рассеяния которого PCM меньше 1 Вт, обычно называется транзистором малой мощности, который равен или больше 1 Вт, транзистор меньше 5 Вт называется транзистором средней мощности, а транзистор, PCM которого равен или больше чем 5 Вт называется мощным транзистором.

  • 4.4 Характеристическая частота (fT)

Когда рабочая частота транзистора превышает частоту среза fβ или fα, коэффициент усиления тока β будет уменьшаться с увеличением частоты. Характерная частота - это частота транзистора, при которой значение β уменьшается до 1.

Транзисторы, характеристическая частота которых меньше или равна 3 МГц, обычно называются низкочастотными транзисторами, транзисторы с fT больше или равными 30 МГц называются высокочастотными транзисторами, транзисторы с fT более 3 МГц и транзисторы менее 30 МГц называются транзисторы промежуточной частоты.

  • 4,5 Максимальная частота (фМ)

Максимальная частота колебаний - это частота, при которой коэффициент усиления транзистора уменьшается до 1.

В общем, максимальная частота колебаний высокочастотных транзисторов ниже, чем общая базовая частота среза fα, в то время как характеристическая частота fT выше, чем общая базовая частота среза fα, и ниже, чем частота среза общего коллектора fβ.

  • 4,6 Максимальный ток коллектора (ICM)

Максимальный ток коллектора (ICM) - это максимально допустимый ток через коллектор транзистора. Когда ток коллектора IC транзистора превышает ICM, значение β транзистора, очевидно, изменится, что повлияет на его нормальную работу и даже вызовет повреждение.

  • 4,7 Максимальное обратное напряжение

Максимальное обратное напряжение - это максимальное рабочее напряжение, которое транзистор может подавать во время работы.Оно включает в себя обратное напряжение пробоя коллектор-эмиттер, обратное напряжение пробоя коллектор-база и обратное напряжение пробоя эмиттер-база.

> Напряжение обратного пробоя коллектор-коллектор

Это напряжение относится к максимально допустимому обратному напряжению между коллектором и эмиттером, когда цепь базы транзистора разомкнута, обычно выражается в VCEO или BVCEO.

> Обратное напряжение пробоя база - база

Напряжение относится к максимально допустимому обратному напряжению между коллектором и базой при включении транзистора, которое выражается в VCBO или BVCBO.

> Обратное напряжение пробоя эмиттер-эмиттер

Это напряжение относится к максимально допустимому обратному напряжению между эмиттером и базой при открытом коллекторе транзистора, которое выражается в VEBO или BVEBO.

Обратный ток между коллектором и базовым электродом

> Коллектор - база обратного тока (ICBO)

ICBO, также называемый током обратной утечки коллектора, относится к обратному току между коллектором и базовым электродом, когда эмиттер транзистора открыт.Обратный ток чувствителен к температуре. Чем меньше значение, тем лучше температурная характеристика транзистора.

> Ток обратного пробоя коллектор - эмиттер (ICEO)

Обратный ток пробоя ICEO между коллектором и эмиттером

ICEO - обратный ток утечки между коллектором и эмиттером, когда база транзистора открыта. Чем меньше ток, тем лучше характеристики транзистора.


Книжное предложение

Тщательно переработанный и обновленный, этот весьма успешный учебник знакомит студентов с анализом и проектированием транзисторных схем.Он охватывает широкий спектр схем, как линейных, так и переключающих. Методы транзисторных схем: дискретные и интегральные предоставляет студентам обзор основных качественных операций схемы с последующим изучением процедуры анализа и проектирования. Он включает в себя решенные задачи и примеры дизайна, чтобы проиллюстрировать концепции. Это третье издание включает две дополнительные главы об усилителях мощности и источниках питания, в которых далее развиваются многие методы проектирования схем, представленные в предыдущих главах.Эта книга, входящая в серию «Руководства по электронной инженерии», предназначена для студентов первого и второго курсов бакалавриата. Сам по себе полный текст, он предлагает дополнительное преимущество в виде перекрестных ссылок на другие заголовки в серии. Это идеальный учебник как для студентов, так и для преподавателей.

- Гордон Дж. Ричи

Создавайте сложные транзисторные радиоприемники, которые недороги, но очень эффективны. Создайте свои собственные транзисторные радиоприемники: «Руководство по высокопроизводительным и маломощным радиосхемам для любителей» предлагает полные проекты с подробными схемами и идеями о том, как были разработаны радиоприемники.Узнайте, как выбирать компоненты, создавать различные типы радиомодулей и устранять неполадки в своей работе. Если копнуть глубже, этот практический ресурс покажет вам, как создавать инновационные устройства, экспериментируя и радикально улучшая существующие конструкции.

- Рональд Куан


Актуальная информация по теме «Что такое транзистор, а также его функции и характеристики»

О статье «Что такое транзистор, а также его функции и характеристики», Если у вас есть лучшие идеи, не стесняйтесь писать свои мысли в следующей области комментариев.Вы также можете найти больше статей об электронных полупроводниках через поисковую систему Google или обратиться к следующим связанным статьям.

,Полевой транзистор

Irf840 To-220 Mosfet / транзистор smd

Описание продукта

Общее описание

Эти транзисторы
с N-канальным усилением поля мощности производятся с использованием запатентованной YR, планарной
технологии DMOS.

Эта передовая технология была специально разработана для того, чтобы
минимизировать сопротивление в открытом состоянии, обеспечивает превосходные коммутационные характеристики
и выдерживает импульс высокой энергии в лавинном и коммутационном режимах
.Эти устройства
хорошо подходят для высокоэффективных импульсных источников питания, коррекции коэффициента мощности
и электронных балластов ламп на базе
на полумосте

Характеристики

8,0 А, 500 В, RDS (вкл.) = 0,8 Ом @ VGS = 10 V
Низкий заряд затвора (типичный 68 нКл)
Low Crss (типичный 55 пФ)
Быстрое переключение
100% лавинный тест
Улучшенная способность dv / dt

Приложение
Схема выключателя питания адаптера и зарядного устройства.

Абсолютные максимальные номинальные значения (TA = 25 ℃, если не указано иное)

Символ Параметр Значение Единица
VDS Напряжение сток-исток (VGS = 0 В) 500 В
VGS Напряжение затвор-исток (VDS = 0 В) ± 30 В
ID (DC) Ток утечки (DC) при Tc = 25 ℃ 8.0 A
ID (DC) Ток утечки (DC) при Tc = 100 ℃ 5.2 A
IDM (a1) Постоянный ток стока при импульсном токе 38 A
dv / dt (a3) ​​ Пиковое напряжение восстановления диода 4 В / нс
PD Максимальное рассеивание мощности (Tc = 25 ℃) 120 Вт
Коэффициент снижения мощности 0,88 Вт / ℃
EAS (a2) , одиночный импульс Avalanche Energy 400 Mj
TL Максимальная температура для пайки 300
TJ, TSTG Диапазон рабочих температур перехода и хранения от -55 до 150
RθJC Термическое сопротивление, переход к корпусу 1.1 ℃ / Вт
RθJA Соединение с окружающей средой 62 ℃ / Вт

Производство

Современное оборудование, техника и управление создают превосходные продукты.

Благодаря внедрению передового международного оборудования, найму квалифицированных специалистов и внедрению современной техники и системы управления производственные мощности и возможности обеспечения технического процесса и качества были значительно улучшены.

Сертификаты

Следуя требованиям системы качества ISO9001 (2008), мы становимся лидером, отвечающим требованиям рынка и предоставляющим продукты и услуги с высоким соотношением цены и качества благодаря нашим усилиям.

Премиум-членство для поставщиков более высокого уровня,

Этот поставщик был проверен на месте ведущей мировой инспекционной компанией BureauVeritas

Упаковка и доставка

Отгрузка:
1.Мы отправим товар в течение 1-3 рабочих дней после подтверждения оплаты.
2. Мы не несем ответственности за несчастные случаи, задержки или другие ситуации, связанные с транспортной компанией. Но мы сосредоточимся на отслеживании посылок.
3. Любые импортные пошлины и сборы оплачиваются покупателем.

Возврат и замена

1. 45 дней (после даты доставки) ГАРАНТИЯ КАЧЕСТВА.
2. Если товары, которые вы покупаете в нашем магазине, не идеального качества, то есть они не работают в электронном виде в соответствии со спецификациями производителя, просто верните их нам для замены или возврата денег.
3. Если товар неисправен, пожалуйста, сообщите нам в течение 3 дней с момента доставки.
4. Любые предметы должны быть возвращены в их первоначальном состоянии, чтобы претендовать на возврат или замену.
5. Покупатель несет ответственность за все расходы по доставке.

FAQ

1. Q: Каково ваше послепродажное обслуживание?

A: Наша продукция имеет 90-дневную гарантию качества на всю продукцию. Если вы обнаружите какие-либо проблемы с качеством после получения товаров, пожалуйста, немедленно сообщите нам, и мы решим их в течение 24 часов.

2. В: Как обеспечить безопасность транзакции?

A: Продукты рекомендуют торговую гарантию Alibaba. Это доверенная третья сторона, которая хранит средства на безопасном счете условного депонирования. Средства хранятся в условном депонировании до завершения транзакции. Если у вас есть другой выбор, приглашаем вас обсудить с нами.

3. Q: Какая дата доставки?

A: Обычно после того, как товары подтверждают вашу оплату, осуществляется отгрузка.

Для некоторых продуктов требуется время доставки, мы организуем заказ после вашей предоплаты.

Как только товар будет готов, мы проинформируем вас о внесении оставшейся суммы и организуем доставку.

.

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о