Линейный бп на полевых транзисторах. Мощный блок питания на полевом транзисторе: особенности конструкции и преимущества — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как работает мощный блок питания на полевом транзисторе. Какие преимущества дает использование MOSFET-транзистора. Какие параметры важны при выборе компонентов. На что обратить внимание при сборке такого БП.

Содержание

Принцип работы мощного блока питания на полевом транзисторе

Мощный блок питания на полевом транзисторе представляет собой линейный стабилизатор напряжения, в котором в качестве регулирующего элемента используется MOSFET-транзистор. Рассмотрим основные особенности его работы:

Переменное напряжение поступает на выпрямитель и сглаживающий фильтр
Выпрямленное напряжение подается на сток полевого транзистора
На затвор транзистора через резистор подается напряжение, открывающее его
Часть выходного напряжения через делитель поступает на вход микросхемы управления
Микросхема регулирует напряжение на затворе транзистора, поддерживая заданное выходное напряжение

Таким образом, полевой транзистор работает в линейном режиме как регулируемый резистор, падение напряжения на котором обеспечивает стабилизацию выходного напряжения.

Преимущества использования полевого транзистора в блоке питания

Применение MOSFET-транзистора в качестве регулирующего элемента дает ряд существенных преимуществ по сравнению с биполярными транзисторами:

Низкое сопротивление открытого канала (единицы-десятки миллиом)
Высокий допустимый ток (десятки-сотни ампер)
Возможность работы при больших напряжениях (сотни вольт)
Высокая скорость переключения
Управление напряжением, а не током
Отсутствие теплового убегания

Это позволяет создавать мощные и эффективные блоки питания с низкими потерями и хорошими динамическими характеристиками.

Выбор компонентов для мощного блока питания на полевом транзисторе

При разработке такого блока питания особое внимание следует уделить выбору следующих компонентов:

Полевой транзистор

Ключевые параметры при выборе MOSFET:

Максимальное напряжение сток-исток
Максимальный ток стока
Сопротивление открытого канала
Пороговое напряжение
Максимальная рассеиваемая мощность

Для мощного БП подойдут транзисторы IRLR2905, IRFP460, IRFP250 и аналогичные.

Микросхема управления

Можно использовать специализированные ШИМ-контроллеры или операционные усилители. Важные параметры:

Диапазон входных и выходных напряжений
Максимальный выходной ток
Скорость нарастания выходного сигнала

Подойдут микросхемы TL431, LM358, LM324 и другие.

Особенности конструкции мощного блока питания на полевом транзисторе

При разработке конструкции блока питания на MOSFET необходимо учитывать следующие моменты:

Эффективный отвод тепла от силового транзистора
Правильная разводка силовых цепей для минимизации помех

Защита от короткого замыкания и перегрузки
Фильтрация входного и выходного напряжения
Обеспечение устойчивости системы регулирования

Важно использовать качественный радиатор достаточной площади и обеспечить хороший тепловой контакт с транзистором. Силовые цепи следует выполнять проводниками достаточного сечения.

Настройка и проверка работы блока питания

После сборки блока питания необходимо выполнить его настройку и проверку:

Установить требуемый диапазон выходных напряжений
Настроить ограничение выходного тока
Проверить стабильность выходного напряжения при изменении нагрузки
Измерить уровень пульсаций выходного напряжения
Проверить работу защиты от перегрузки и КЗ
Оценить нагрев силовых элементов при максимальной нагрузке

При необходимости выполняется подстройка параметров обратной связи для обеспечения устойчивой работы.

Области применения мощных блоков питания на полевых транзисторах

Благодаря своим преимуществам, такие блоки питания широко используются в различных областях:

Лабораторные источники питания
Зарядные устройства
Источники питания для мощных усилителей звука
Блоки питания для промышленного оборудования
Источники питания для светодиодных систем освещения
Регулируемые источники питания для настройки и тестирования

Они позволяют получить стабильное регулируемое напряжение при больших выходных токах с высоким КПД.

Заключение

Мощные блоки питания на полевых транзисторах обладают рядом преимуществ по сравнению с другими типами стабилизаторов. Они позволяют получить высокую выходную мощность при хороших массогабаритных показателях. Правильный выбор компонентов и грамотная конструкция обеспечивают надежную работу таких источников питания в различных применениях.

МОЩНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ

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

Работа БП на ПТ

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

Налаживание схемы

Установить нужное выходное напряжение резистором. Проверить стабилизатор на отсутствие самовозбуждения с помощью осциллографа. Если самовозбуждение возникает, то параллельно конденсаторам CI, С2 и С4 следует подключить керамические конденсаторы емкостью 0,1 мкФ.

Детали стабилизатора

Микросхема КР142ЕН19 заменима на более современную TL431. Конденсаторы любые малогабаритные. Параметры трансформатора, выпрямителя — диодного моста и электролитического конденсатора фильтра выбирают исходя из необходимого напряжения и тока. Транзистор обязательно посадить на эффективный теплоотвод. Возможно потребуется использование кулера.

Поделитесь полезными схемами

БЛОК ПИТАНИЯ НА TL431

Делаем простой самодельный регулируемый блок питания на стабилизаторе TL431, с выходным напряжением 2,5 — 27 вольт.

РЕМОНТ БЕСПРОВОДНОЙ МЫШКИ

С виду всё было в хорошем состоянии. Решил проверить работу лазера. Проверяется он так: берете камеру, или фотоаппарат и наводите на лазер (красную лампочку).

Включение МОП-транзистора в линейный БП — Электроника

Считаем минимальное амплитудное значение напряжения на вторичке.
24+0.8+2.4+1=28.2В на проходном транзисторе в этом режиме (пульсации принимаю пилообразной формы) 10А*2В=20Вт
Считаю максимальное амплитудное значение напряжения на вторичке для случая +/- 10%.
28.2*1.22=34.4В среднее падение напряжения на проходном транзисторе 34.4-24-1-1.2=8.2В Мощность соответственно 82Вт.

Все ясно откуда такие цифры,но

1.Надо не умножать а делить.

2.Не 1,22,а 1,41

3,Эта часть схемы как бы рассчитывается в другой части.

Нам надо получить 24,8 минимум при 198 вольтах значит на выходе выпрямителя надобно получить 24,8 значит на входе должно быт напряжение 24,8 плюс падение напряжения на диоде (например по 0,5 на каждом итого 1)

25,8-это амплитудное значение,чтобы получить действующее надо ПОДЕЛИТЬ НА 1,41.

Для примера — если подать на идеальный выпрямитель с конденсатором 220 вольт получим 310вольт , а не 156.

Это в упрощенном виде — на самом деле все гораздо сложнее,но обычно никому это не надо…

Индуктивность мерил, так вот далеко не всегда наилучший результат получался при той индуктивности, которая расчетная. Транс только перематывал (добавлял-убирал витки) больше 10 раз точно, а уж сколько раз подбирал зазор уже не вспомню. И сердечники, заразы, иногда ломаются при разборке (феррит колется) — сложно склеить так, чтобы потом было не слишком тяжело разобрать.
Технология получалась нудная. Подшаманил транс, чуть подождал пока подсохнет клей, включил, дал нагрузку, посмотрел на результат (при каком токе уже валится, и при каком еще работает и насколько долго). И далее итерационным методом.

Т.е. проблема не в том, чтобы оно работало — так как работает практически всегда, кроме как если сделать трансформатор с совсем уж левыми параметрами. Проблема при заданных габаритах суметь снять заданную мощность. По расчету получается с запасом, а на практике приходится основательно повозиться.

Странно однако — я этим никогда не заморачивался .

Я перемотал где-то с сотню разных трансформаторов,так вот намоточные данные отличаются очень незначительно.

А силовые трансформаторы компьютерных блоков питания имеют вообще АБСОЛЮТНО ОДИНАКОВОЕ количество витков независимо от размеров и материала сердечника.

Поэтому ,если надо сделать источник я мотаю в первичке около 70 витков для однотактного и 40 для двухтактного и все работает.Это для 200 ваттного.Для мелких -150…180 витков.

Мощный линейный лабораторный блок питания в мыльнице

Предлагаемый для повторения лабораторный блок питания с регулируемым выходным напряжением позволяет подключать нагрузку с током потребления до 1,6 А. Выходное напряжение постоянного тока может быть от 1 до 9 В. Устройство имеет защиту от перегрузки и короткого замыкания в цепи нагрузки, а также защиту от повышенного напряжения сети переменного тока 220 В.

При конструировании этого БП была поставлена задача создать малогабаритный экономичный регулируемый блок питания с линейным стабилизатором напряжения, который бы по своим параметрам и надежности превосходил имеющиеся в свободной продаже аналогичные промышленные изделия. Конструкцию удалось разместить в пластмассовой коробке размерами 110х80х75 мм, в качестве которой применена обычная мыльница (см фото).

Принципиальная схема показана на рис.1 (см. прикрепленные данные). Работает устройство следующим образом. Напряжение сети переменного тока через плавкий предохранитель FU1 поступает на первичную обмотку понижающего трансформатора T1. Пониженное до 9 В напряжение переменного тока снимается с одной из вторичных обмоток трансформатора и через один из полимерных самовосстанавливающихся предохранителей FU2 или FU3 поступает на мостовой выпрямитель на диодах Шотки VD2–VD5. Пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются оксидным конденсатором большой емкости C5, после чего напряжение поступает на компенсационный стабилизатор напряжения, реализованный целиком на дискретных компонентах, т.е. без применения микросхем. Тут надо заметить, что, по убеждению автора, конструкции на микросхемах преходящи, тогда как конструкции на транзисторах вечны, т.е. можно будет и через 100 лет, достав с дальней полки журнал или книгу, или компакт-диск, повторить схему на транзисторах, тогда как использовавшиеся в древности интегральные микросхемы будет уже не найти.

Регулируемый компенсационный стабилизатор реализован по гибридной технологии – на полевом и биполярных транзисторах. Его отличительная особенность – очень малое минимальное напряжение между входом и выходом, которое при испытании этого стабилизатора током нагрузки 2 А, не превышало 60 мВ. Это в десятки раз меньше, чем у компенсационных стабилизаторов традиционного типа, например, серии КР142ЕНxx, и значительно меньше, чем у специальных ИМС линейных стабилизаторов напряжения с малым минимальным напряжением между входом и выходом.

Выпрямленное напряжение постоянного тока поступает на исток мощного полевого МДП транзистора VT2. Поскольку приобрести n-канальный мощный полевой транзистор с малым пороговым напряжением открывания затвор-исток значительно легче, чем p-канальный, то этот транзистор пришлось установить в минусовую цепь, что для лабораторного БП не имеет значения. Открывающее напряжение поступает на вывод затвора этого транзистора через резистор R4, подключенного к общему плюсу цепи питания. Такой способ управления полевым транзистором в компенсационном стабилизаторе не требует принятия специальных мер для запуска стабилизатора, что значительно упрощает конструкцию.

Работает компенсационный стабилизатор следующим образом. При увеличении входного напряжения или уменьшении тока нагрузки выходное напряжение также стремится увеличиться. Это приводит к тому, что транзистор VT3 открывается сильнее, следовательно, сильнее будет открываться и транзистор VT1, который, шунтируя цепь затвор-исток VT2, понижает открывающее VT2 напряжение. При этом сопротивление канала сток-исток VT2 увеличивается, выходное напряжение стабилизатора понижается. Регулировку выходного напряжения выполняют переменным резистором R9.

Стабилитрон VD6 с напряжением стабилизации около 8,2 В защищает полевой транзистор от повреждения. Переключателем SB2 можно выбрать диапазон выходных напряжений 1…4 В или 2,3…9 В. При разомкнутых контактах SB2 в качестве источника опорного напряжения работает светодиод HL4 красного цвета свечения, выходное напряжение можно установить в пределах 2,3…9 В. При замыкании контактов SB2 источником опорного напряжения станет кремниевый диод VD7, а выходное напряжение можно будет установить от 1 до 4 В.

Следует заметить, что конструкций лабораторных блоков питания с минимальным выходным напряжением от 1 В относительно немного. Вольтметр выходного напряжения выполнен на стрелочном микроамперметре PV1. С помощью переключателя SB1 можно выбрать ток срабатывания защиты. Светодиод HL3 зеленого цвета свечения сигнализирует о срабатывании самовосстанавливающегося предохранителя. Варистор RU1 защищает понижающий трансформатор от перенапряжения в питающей сети 220 В/50 Гц. Сверхъяркие светодиоды HL1 и HL2 синего цвета свечения индицируют включение блока питания в сеть, а также подсвечивают шкалу вольтметра.

Конструкция и детали

Вид на монтаж устройства показан на рис.2. Постоянные резисторы можно применить малогабаритные любого типа, например, С1-4, МЛТ, С2-23 соответствующей мощности. Подстроечный резистор R7 – любой малогабаритный, желательно герметичной конструкции. В качестве переменного резистора R9 применен подстроечный СП4-1 в полугерметичном корпусе. Хорошую стабильность выходного напряжения можно получить и с другими аналогичными резисторами, например, СП3-9б, СП4-2М, СПО-1 или малогабаритными проволочными ППБ-1А, ППБ-3А. Варистор можно заменить FNR-10K471, FNR-14K471, FNR-20K431, TNR10G471. Оксидные конденсаторы импортные аналоги К50-35, остальные – К10-17, К10-50, КМ-5. Диоды 1N4148 можно заменить 1N914 или любыми из серий КД510, КД521, КД522. Мощные диоды Шотки 1N5822 можно заменить трехамперными SB360, MBRS360T3, MBRD350, MBR340 и другими аналогичными. Упомянутые типы диодов Шотки выполнены в различных корпусах. Вместо стабилитрона 1N4738A подойдут BZV55C-8V2, TZMC-8V2, 2С182К1, 2С182Х, 2С182Ц.

Светодиоды можно применить любых типов, например, серий КИПД21, КИПД40, КИПД66, L-1503. Вместо транзистора КТ3102В можно установить любой из серий КТ3102, КТ6111, SS9014, ВС547. Вместо КТ3107Б подойдет любой из КТ3107, КТ6112, SS9015, BC556. Транзисторы разных серий имеют различия в цоколевке. В качестве транзистора VT2 применен мощный n-канальный полевой транзистор с изолированным затвором типа IRL2505N. Транзистор этого типа управляется напряжением логического уровня, имеет сопротивление открытого канала 0,008 Ом, максимальный ток при температуре 25°С 104 А в течение 1 мс, максимальное напряжение сток-исток 55 В, выполнен в металлопластмассовом корпусе TO-220. В этой конструкции его можно заменить, например, IRL3705N, IRLZ44. Полевой транзистор устанавливают на теплоотвод. При монтаже полевого транзистора необходимо принимать соответствующие меры для защиты его от пробоя статическим электричеством. Цоколевка упомянутых типов полевых транзисторов стандартная – затвор-сток-исток.

Микроамперметр использован миниатюрный от индикатора уровня записи/воспроизведения из старого отечественного магнитофона. Переключатели – П2К, с фиксацией положения, свободные группы контактов соединены параллельно. На месте понижающего трансформатора использован трансформатор типа ТПП-224М из источника питания советского компьютера «Электроника МС». Трансформатор имеет две вторичные обмотки, рассчитанные на разный ток. Менее слаботочная обмотка с выходным напряжением «холостого хода» около 5,5 В использована для питания светодиодов подсветки. Выпрямитель подключен к вторичной обмотке с выводами 6, 7. С таким трансформатором блок питания способен выдавать напряжение до 6,5 В при токе нагрузки 1,6 А и до 9…10 В при токе нагрузки 0,5 А. В качестве трансформатора можно применить унифицированный типа ТПП115-6 или ТПП114-6.

Безошибочно собранный из исправных деталей блок питания начинает работать сразу. Его настройка заключается в градуировке вольтметра подбором резистора R11 и в установке подстроечным резистором R7 диапазона регулировки выходных напряжений.

Использованный в этом лабораторном блоке питания стабилизатор напряжения при незначительной модификации можно применять в блоках питания, рассчитанных на ток нагрузки 10…15 А. Для этого необходимо установить параллельно C5 еще два таких же конденсатора, диоды Шотки использовать на соответствующий ток, например, на 16 А типа MBR1645, закрепленные на теплоотводы. Разумеется, что все сильноточные соединения должны быть выполнены «толстыми» проводами сечением не менее 1,5…2 мм², а понижающий трансформатор должен быть соответствующей габаритной мощности с сильноточной вторичной обмоткой.

Технический обзор лабораторного БП PS-3005P «Тихоня»

Общее описание и внешний вид

Лабораторный БП PS-3005P это гибридный блок питания, на выходе у него используется быстродействующий линейный стабилизатор, за линейным стабилизатором «следит» ШИМ предрегулятор.

Почему так ? Зачем такие сложности ?

Преимущество линейного стабилизатора в его быстродействии, в случае перегрузки по току линейный стабилизатор быстро снижает выходное напряжением и с большей вероятностью «спасает» устройство.

Недостаток линейного стабилизатора в том, что на регулирующем элементе выделяется много тепла, что требует больших радиаторов и вентиляторов.

Импульсный стабилизатор, в отличие от линейного, имеет небольшие тепловые потери, но на его выходе устанавливаются конденсаторы большой емкости из-за чего он становиться медленным, при перегрузке все эти тысячи микрофарад разряжаются на нагрузку.

В гибридном блоке питания за счет ШИМ предрегулятора падение напряжения на линейном стабилизаторе небольшое и следовательно тепловые потери малы, таким образом получается быстрый стабилизатор с небольшим тепловыделением.

Как работает БП в целом надеюсь понятно далее будет поподробнее, переходим к внешнему виду.

БП собран в корпусе Gainta G768 из высокопрочного ABS пластика.

На передней панели расположен дисплей на ярких семисегментных индикаторах, светодиодные индикаторы режимов работы, два энкодера, кнопка и выключатель питания.

На задней панели сетевой разъем и разъем цифрового канала.

Вскрываем верхнюю крышку

БП состоит из трех основных модулей: модуль индикации, модуль регулирования (на фото слева) и модуль резонансного преобразователя (на фото справа).

В модуле индикации интересного ничего нет, а вот два остальных модуля рассмотрим поподробнее.

Резонансный преобразователь

Фото преобразователя без лишних проводов

Резонансный преобразователь относиться к импульсным преобразователям (ИП) и является разновидностью полумостовых (мостовых) преобразователей.

Особенностью резонансных преобразователей является так называемое «мягкое» переключение силовых транзисторов, которое происходит при нулевом напряжении ( ZVS) или нулевом токе (ZCS), наиболее распространен ZVS преобразователь, он и используется в БП.

Переключение транзисторов при нулевом напряжении очень важно из соображений излучаемых помех, чем больше значение коммутируемого напряжения тем больше амплитуда помехи и поскольку коммутация происходит при напряжении близком к нулю, то и помехи от преобразователя небольшие. Кроме того при «мягком» переключении транзисторов нет потерь на переключение, основные потери сводятся к статическим потерям (потери на сопротивлении канала).

Недостатки у резонансного преобразователя тоже, есть. Прежде всего это более сложный расчет и более сложная конструкция силового трансформатора, требующая секционирования обмоток. Оптимизация параметров резонансного преобразователя процесс кажется бесконечный, на фото выше представлена ревизия 2.6.3 т.е. перед ней было по меньшей мере 10 вариантов печатных плат, а расчетных (бумажных) вариантов и не сосчитать. Но, не смотря на всю сложность, процесс оптимизации действительно интересен и если Вы до сих пор не собирали подобные ИП, то может самое время попробовать начать ? 🙂

Рассмотрим основные узлы преобразователя подробнее

1 — варистор; 2 — NTC термистор; 3 — входной фильтр; 4 — диодный мост; 5 — сглаживающий электролитический конденсатор; 6 — снабберный конденсатор; 7 — силовые транзисторы; 8 — резонансный конденсатор; 9 — силовой трансформатор; 10 — Y конденсатор; 11 — выходной выпрямитель со сглаживающими конденсаторами.

Элементы 1,2,4,5,7,10,11 практически стандартны для любого ИП и подробно их рассматривать не будем.

Входной фильтр 3 построен на двухобмоточном тококомпенсированном дросселе Epcos серии B82732F, не смотря на свои скромные габариты, дроссель имеет высокий уровень подавления помех, индуктивность дросселя 15mH, совместно с X конденсатором и двумя Y конденсаторами дроссель образует высококачественный фильтр дифференциальных и синфазных помех.

Снабберный конденсатор 6 замыкает высокочастотную (ВЧ) составляющую потребляемого тока, снижая ВЧ помехи от преобразователя.

Резонансный конденсатор собран из двух конденсаторов, соединенных параллельно, такое решение обеспечивает почти полуторный запас по допустимой амплитуде переменного сигнала.

Резонансный конденсатор очень важный элемент преобразователя, он должен обеспечивать работу при высокой частоте и большой амплитуде переменного напряжения, для этих целей подходят высоковольтные (от 1 кВ и выше) полипропиленовые кондесаторы типов B32652 (Epcos), TS09 (SUNTAN), К78-2 (РФ). В техническом описании на конденсаторы имеются диаграммы, которые показывают допустимую амплитуду переменного напряжения в зависимости от частоты, при расчете резонансного преобразователя необходимо сверять расчетное и допустимое значение амплитуды переменного напряжения иначе конденсатор выйдет из строя. Чем выше емкость конденсатора тем ниже допустимая амплитуда переменного напряжения, поэтому используется параллельное соединение нескольких конденсаторов.

Силовой трансформатор 9 является «сердцем» резонансного преобразователя, как и любого ИП. Трансформатор разделен на две секции, на одной секции намотана первичная обмотка, на второй секции вторичные обмотки. Разделение трансформатора на секции необходимо для получения высокого значения индуктивности рассеяния, которая выполняет роль резонансной. Для снижения помех от преобразователя первичная обмотка экранирована медной фольгой.

На нижней стороне платы расположен контроллер резонансного преобразователя L6599 с необходимым «обвесом». Контроллер этот широко распространен и имеет множество защит.

Модуль регулирования

Фото модуля без проводов

Как уже рассматривалось ранее, регулировка выходного напряжения реализуется двумя стабилизаторами: линейным и импульсным Step-down с синхронным выпрямлением (далее ШИМ-предрегулятор).

Линейный стабилизатор реализован по классической схеме в которой ОУ управляет эмиттерным повторителем, с единственным отличием — вместо биполярного транзистора используется полевой N канальный транзистор (истоковый повторитель). Благодаря использованию полевого транзистора, падение на регулирующем элементе может быть менее 1В, кроме того не требуется предусилительный каскад, который необходим при использовании биполярного транзистора. Однако есть и недостатки у такого решения, затвор транзистора имеет существенную емкость и не каждый ОУ без дополнительных мер может стабильно работать на емкость в несколько нанофарад. В данном случае используется ОУ MC33072, который обеспечивает стальную работу на емкостную нагрузку емкостью до 10 нФ, кроме того выполнена необходимая в таких случаях частотная коррекция. Таким образом обеспечивается стабильная и надежная работа линейного стабилизатора.

ШИМ-предрегулятор на фото выделен красным

1 — входной конденсатор; 2 — полевые транзисторы, включенные по схеме полумоста; 3 — дроссель на кольце из распыленного железа, 4,5 — выходной кондесатор.

Как видно на фото, ШИМ-предрегулятор достаточно компактный, это необходимо для снижения возможных помех. Управление транзисторами полумоста осуществляется помехозащищенным драйвером FAN7382. Формирование ШИМ сигналов осуществляется МК, который «знает» текущие значения заданного и выходного напряжения и формирует ШИМ таким образом, чтобы напряжение на выходе ШИМ предрегулятора было на 0,8-1,2В выше выходного напряжения.

Для снижения помех от ШИМ-предрегулятора на выводы транзисторов надеты специальные ферритовые трубки ( на фото их не видно), кроме того общий провод ( «земля» ) выполнен таким образом, чтобы пульсирующий ток ШИМ-предрегулятора не «проникал» на выход.

На фото контур протекания пульсирующего тока ШИМ-предрегулятора в общем проводе показан красной линией, синей линией показан выходной ток. Таким образом ШИМ-предрегулятор практически не оказывает влияния на качество выходного напряжения.

На этом обзор «железа» заканчиваем и переходим к тестам.

Интрерфейс

Интерфейс это язык на котором прибор общается с пользователем, непродуманный и «глючный» интерфейс способен свести на нет все преимущества прибора.

В обозреваемом лабораторном блоке питания интерфейс достаточно аскетичен: два семисегментных дисплея, два энкодера с кнопкой, два светодиодных индикатора и кнопка. Вместе с тем регулировка параметров интуитивно понятна и проста, для регулировки напряжения крутим энкодер напряжения, для регулировки тока энкодера тока. При этом на дисплее напряжения отображается установленное или измеренное напряжения, на дисплее тока соответственно установленный или измеренный ток. Просто и понятно.

В ЛБП реализовано два режима регулировки параметров с входом в подрежим регулировки и без, пользователь может самостоятельно настроить какой режим использовать.

В режиме с входом в подрежим регулировки для установки напряжения/тока необходимо нажать на энкодер, войдя тем самым в режим регулировки, после чего вращением установить нужно значение. Смена регулируемого разряда осуществляется повторным нажатием на энкодер.

В режиме без входа в подрежим регулировки для установки напряжения/тока достаточно его просто крутнуть, как обычный потенциометр, при этом смена регулируемого разряда осуществляется также нажатием энкодера.

Функции

Казалось бы, какие у блока питания могут быть функции, но у данного ЛБП они действительно есть. По всем функциям на youtube канале есть видео, поэтому здесь мы их рассмотрим кратко.

Защита от переполюсовки

Подавляющее большинство даже дорогих лабораторных блоков питания при подачи на их вход напряжения обратной полярности выходят из строя. Связано это с тем, что на выходе у них стоит антипаралельный диод, который при этом оказывается прямосмещенным и фактически возникает короткое замыкание, диод выходит из строя и блок питания становиться неработоспособным. В некоторых дешевых блоках питания диода нет и тогда напряжение обратной полярности действует на выходные электролитические конденсаторы которые от обратного напряжения просто могут взорваться.

В данном ЛБП диода и электролитических кондесаторов на выходе нет, блок способен без повреждения выдерживать на выходе напряжение обратной полярности. При этом если ЛБП фиксирует на входе отрицательное напряжение от минус 0,5В и менее, то выход автоматически отключается от нагрузки и на дисплее появляется индикация наличия отрицательного напряжения на выходе ЛБП.

Триггерная токовая защита

В подавляющем большинстве блоков питания защита от перегрузок реализована за счет автоматического перехода блока питания в режим стабилизации тока при превышении заданного значения. Работает это следующим образом. Если потребляемый нагрузкой ток не превышает установленного пользователем ограничения, то блок питания работает в режиме стабилизации напряжения, поддерживая на выходе напряжение постоянным. При превышении заданного тока, блок питания переходим в режим стабилизации тока, плавно снижая напряжение на выходе до тех пор пока ток не установиться на заданном уровне, при уменьшении потребляемого тока, напряжение соответственно повышается до тех пока не достигнет заданного ограничения и ЛБП вновь не перейдет в режим стабилизации напряжения.

В обозреваемом ЛБП режимы стабилизации напряжения и тока реализованы аналогично описанному выше, при этом имеется возможно активировать функцию «Триггер». Когда функция активна при превышении заданного тока ЛБП переходит в режим стабилизации тока на заданное пользователем время, и если за это время потребляемый устройством ток не вернется к нормальному значении, то нагрузка автоматически отключается от ЛБП при этом после автоматического отключения мигает индикатор CC сигнализируя, что выход отключен автоматически из-за перегрузки. Таким образом предотвращается длительное протекание через нагрузку высокого тока, блок питания не просто ограничивает ток на заданном уровне, но и отключает нагрузку если перегрузка «затянулась» .

Временной параметр функции Триггер можно настроить от 0 (время реакции 3-5 мс) до 2000 мс. Настройка функции триггер осуществляется с использованием оперативного настроечного меню.

Компенсация сопротивления проводов

В случая когда необходимо точно поддерживать напряжение на нагрузке может быть использована функция компенсации сопротивления проводов.

Достаточно ввести значение сопротивления проводов и ЛБП будет автоматически компенсировать падение напряжения на проводах, поддерживая заданное напряжение на нагрузке.

Значение сопротивления проводов ЛБП может вычислить автоматически, для этого реализован соответствующий режим.

В отличие от четырехпроводного варианта контроля напряжения на нагрузке, программная реализация более удобна т.к. достаточно двух силовых проводов.

Функция 0,1мА

Данная функция позволяет измерять потребляемый нагрузкой ток с разрешением 0,1мА при его значении не более 1А. Функция полезна при отладке малопотребляющих устройств, когда «на счету» даже доли миллиампер.

Тест пульсаций выходного напряжения

Пульсации измеряем осциллографом Hantek DSO1152S с батарейным питанием, которое исключает влияние сети, полоса пропускания осциллографа 100 МГц. Для полноты картины используем различные типы нагрузки мощные резисторы, лампы накаливания и электронная нагрузка.

холостой ход 25В

Нагрузка резистор 25В 4,5А

Нагрузка лампы накаливания 30В 4,7А

Электронная нагрузка 30В 4,5А

Из осциллограмм видно, что ЛБП уверенно справляется с любой нагрузкой.

Переходные режимы

Проверим как ведет себя ЛБП при набросе и сбросе нагрузки

Наброс нагрузки 4,5А, напряжение 25В

Сброс нагрузки 4,5А, напряжение 25В

При сбросе нагрузки время реакции блока питания порядка 80 мкс, при сбросе порядка 20 мкс. Это действительно быстро.

На этом все, если какие-то аспекты я не отразил, пишите в форму обратной связи или в нашей группе в ВК и мы будет дополнять данный обзор дополнительными тестами, фотографиями и описаниями.

Простой метод выбора ключевых транзисторов для импульсных источников питания

На фотке — метод «ошибок трудных». Шурик, это не наш метод!
При проектировании или сборке по готовой схеме ИИП одним из острых вопросов является выбор ключей. И если по остальным деталям можно как-то подстроиться (мотать трансформатор в 2 провода вместо 1, если не хватает сечения или ставить два конденсатора параллельно вместо одного, если не хватает емкости и т.д.), то с ключами не так-то всё и просто. Неправильный выбор ведет к большому БУМУ (вспоминая знаменитый фильм Люка Бессона: «Бада-бум!») из-за теплового или электрического пробоя. И здесь тоже не всё просто. Электрический пробой произойдет сразу (или почти сразу), а вот тепловой можно ждать долго, и случится он в самый неподходящий ответственный момент.

В первый раз я задался вопросом выбора ключей около 8 лет назад. Куда же я пошел первым делом? В интернет, естественно, ага. В общем и целом могу теперь сказать так: зря я это сделал. Вопрос выбора ключей для импульсной техники в интернете оброс кучей недостоверных фактов, мифов и неправильными интерпретациями графиков в даташитах.
Мой способ выбора ключей тоже неидеальный и неполный. Однако в подавляющем большинстве случаев в радиолюбительской практике его окажется достаточно и даже за глаза, сами рады не будете.
Начнем!

Содержание / Contents

Создайте тему на любом форуме, связанным с радиоэлектроникой, с вопросом: «Как выбрать ключи в ИИП?».
Ответы будут самые разнообразные: от «выбирай ключи по напряжению и максимальному току» до «выбирай ключи по графику Maximum Safe Operating Area». Сюда входят все вариации типа «выбирай на ток вдвое больше максимального тока первичной обмотки» до «надо чтобы мощность, выделяемая при падении напряжения на сопротивлении открытого перехода, была меньше максимальной рассеиваемой мощности корпуса».

Вот весь этот бред читают новички и далее «делятся опытом» с другими. Жуть, да и только.
Вот, к примеру, знаменитый график Maximum Safe Operating Area (оно же ОБР, область безопасной работы) для ключа IRFS840B:

Посмотрите на него внимательно. Посмотрите, какие оси создают этот график. Посмотрели? Больше никогда не смотрите в его сторону.
На этот график призывают смотреть люди, пришедшие из аналоговой линейной техники, линейных усилителей или линейных стабилизаторов.

Чем может быть полезен этого график для разработки импульсных преобразователей или импульсных же усилителей (они же D-класс или цифровые)? Ничем.
А, ну не совсем так: этот напоминание о том, что у полевых транзисторов отсутствует вторичный пробой и что транзистор может быть пробит как при превышении максимального рабочего напряжения, так и при превышении максимального тока через него.
Много это нам дало? Не-а, вообще ничего, это всё в начале даташита указывается словами.

Надо сказать честно, что тот график в отдельных даташитах действительно вводит в заблуждение неподготовленного человека, ибо иногда к таким графикам идет ещё один, указывающий зависимость выхода за ОБР от частоты работы транзистора. Но это всё для линейной техники, для тех ситуаций, когда есть недооткрытое или недозакрытое состояние транзисторов, когда есть некие переходные процессы.

Мы же собираемся делать технику, которая использует только 2 состояния транзистора: полностью открытое и полностью закрытое, никаких средних значений. Исходя из того, что график ОБР нам лишний раз напоминает: вторичного пробоя у полевых транзисторов нет. Следовательно, изначально нас сдерживают только 2 параметра: максимальная рабочая температура кристалла Tj, указывающая на то, когда начнется тепловой пробой, и максимальное рабочее напряжение исток-сток Vdss, определяющее, когда начнется электрический пробой.
Косвенно удерживает параметр ток стока Id, который влияет на нагрев кристалла.

Теперь, попробуем разобраться с вопросом подбора транзистора. С вопросом максимального напряжение ни у кого не должно возникнуть сомнений. Просто для страховки берем ключ на 200 Вольт больше, чем максимальное действующее напряжение в схеме. Например, в ИИП я советую 600-вольтовые ключи, не ниже.

Вопрос в том, что делать с температурой. Она таки считается! Для теплового расчета надо всего лишь узнать, сколько Ватт потерь получится при работе ключа и как сильно надо его охладить, чтобы не случилось теплового пробоя.
Если результат меньше Tj, то использовать такой транзистор можно. Если больше, увы и ах, но надо выбирать дальше.

Из чего состоит нагревание? Для начала из статических потерь, связанных с сопротивлением перехода Rds on, которое влияет на падение напряжения на переходе, в зависимости от протекающего через ключ тока. Это падение напряжение вызывает выделение мощности на кристалле и нагрев транзистора в открытом состоянии. Считается как произведение квадрата среднего тока импульса Iимп на сопротивление перехода Rds on и коэффициента заполнения Кзап. Последний показывает, какую часть времени транзистор открыт.

В большинстве радиолюбительских конструкции мостовых и полумостовых преобразователей и усилителей Кзап не выше 0.45, а дальнейшее увеличение его не приводит ни к чему особенно хорошему, кроме сильной боли в голове ~~или ж~~…
Так, ладно, со статическими потерями разобрались.

Теперь динамические потери. Эти потери — основная проблема в преобразователях на полевых транзисторах с жесткой коммутацией ключей. Они возникают в момент включения и выключения ключа. Так сказать, потери на переходных процессах. И чем выше частота преобразования, тем выше динамические потери. А ниже делать частоту тоже не хочется, ведь тогда вырастают размеры трансформатора.

Есть резонансные или квазирезонансные схемы, позволяющие значительно снизить динамические потери, но это уже сложная техника, к которой никак не подходит выражение «простой расчет».

Итак, динамические потери состоят из потерь при включении и потерь при выключении. Считается как произведение тока в начале (Ir) или конце (If) импульса, напряжения питания (Uпит) и времени нарастания (Tr) или спада (Tf), разделенное на двойной период импульса. Хочу сразу заметить: отдельно считаются потери при включении и отдельно при выключении, а потом суммируются.

Теперь охлаждение. Основная проблема охлаждения — тепловое сопротивление между разными материалами. У транзистора таких мест 2: между кристаллом и корпусом транзистора, а так же между корпусом транзистора и радиатором. Эти значения табличные и не требующие вычислений. Первое значение берется из даташита на транзистор. Второе тоже можно взять оттуда, если оно там имеется. Если нет, то берётся усредненное значение.

Итак, потери подсчитаны, пора применять в деле. Первым делом, складываем потери динамические и статические, получаем общие потери — это сколько Ватт надо отвести от кристалла.

Затем складываем тепловые сопротивления.

Теперь умножаем общие потери на тепловое сопротивление. Получившийся результат — та температура, которую нужно «сдувать» с радиатора. Вычтем из ожидаемой рабочей температуры получившуюся, и на выходе нас ждет ожидаемая температура радиатора.
Именно по ней можно оценить, подходит или нет транзистор.

Как? Очень просто. Ожидаемая температура радиатора не может быть ниже температуры окружающей среды при естественном охлаждении. То есть, если у вас получился результат +24°, а на улице +32° то всё, кранты! Транзисторы ждёт тепловой пробой, потому как никакой супервентилятор не сможет охладить радиатор до 24 градусов, если температура воздуха выше. Совсем печально, если результат получился отрицательным. Если у вас нет фреоновой или азотной системы охлаждения, лучше выбрать другой транзистор.

Разумеется, в деле, подобном этому, есть свои тонкости и особенности. В целом, можно это охарактеризовать выражением «не доводи до крайностей», которое весьма полно объясняет чего нельзя делать, чтобы не бабахнуло.

В первую очередь это касается температур. Tj — это максимальная рабочая температура кристалла транзистора, фактически потолок его работоспособности. Было бы как минимум нелепо использовать это значение при расчете. Никогда не загоняйте параметры в угол, всегда оставляйте место для маневра.

Я, к примеру, использую в расчёте температуру на 5-10° ниже, и обзываю ее «Температура ожидаемая» — T_ож.. Так как наиболее часто Tj указывается в районе 125° Цельсия, я использую в расчете 115-120°.

Далее, температуру окружающей среды для оценки тоже не следует брать наобум. Есть утвержденные ГОСТы, хотя можно просто принять для средней полосы +35° и +45° для южных регионов. Это для того, чтобы в набитом людьми помещении летом техника не сгорела синим пламенем. Ну и для случаев колебания температур.
Для работы на открытом воздухе под солнцепеком есть еще более жесткие условия, но это уже за рамками радиолюбительства.

Далее о напряжениях. Всегда стоит сделать запас прочности по допустимому напряжению. Опять-таки, в даташите параметр Vdss — предельный. И подбор транзистора строго под выпрямленное напряжение сети может сыграть злую шутку. Посчитаем: при напряжении в сети 220 Вольт на выходе мостового выпрямителя будет 310 Вольт. Однако в реальности в сети редко бывает 220 Вольт, и скачки до 20%, увы, обыденное явление. И что же будет, если напряжение в сети увеличится на эти 20%? На выходе выпрямителя будет уже 378 Вольт. Добавим сюда шум от сварочника и, вуаля, 400-вольтовый ключ искрится и взрывается.

Мне довелось отремонтировать очень много усилителей, в которых многочисленные дядюшки Ляо экономили на транзисторах. Не делайте так, разочарований будет куда больше экономии.

Как-то блуждая по просторам интернета, я наткнулся на аппноут IR, рекомендовавший выбирать ключи с запасом в 200 — 250 Вольт от максимального напряжения в схеме. Увы, этот аппноут я не сохранил, а затем найти его не смог. У кого-то есть сомнения, что он вообще существует, но сама рекомендация звучит достаточно трезво, пусть и относительно недёшево.

Теперь о сопротивлении перехода. В открытом состоянии идеальный ключ должен пропускать весь ток без потерь. Увы, живём мы в неидеальном мире. В настолько неидеальном, что маркетологи с удовольствием этим пользуются. Открывая даташит любого полевого транзистора можно увидеть маленькую характеристику Rds on, написанную большим шрифтом. Так вот: это сопротивление перехода при некоей „комнатной“ температуре в 20-25 градусов. Для того же IRFS840B указывается 0,8 Ома.

Это всё красиво только на словах, на деле кристалл в процессе работы будет нагреваться, что неизбежно приведет к увеличению сопротивления открытого перехода. Об этом мало кто помнит, но именно на это надо опираться, при выборе подходящего транзистора.
Чаще всего в даташитах не указывают эти печальные цифры, а лишь приводят график температурного коэффициента сопротивления ТКС, вот он для выбранного нами транзистора:

Как видно на графике, при нагревании сопротивление открытого перехода быстро увеличивается, и для рекомендованных мною максимальных рабочих 120° ТКС открытого канала уже составляет 2,1 Ома, а значит из приятных 0,8 Ом уже получаются малоприятные 1,68 Ома. Печаль, да и только, но с этим надо считаться.

Ну и последняя из тонкостей. Обязательно учитывайте крайние характеристики транзистора. В таблицах даташита всегда указывается три значения: минимальное, типичное и максимальное (или лучшее, типичное и худшее). Это касается практически всего. Например, время открытия и время закрытия. Причем с маркетинговой точки зрения делается упор именно на типичное время открытия и закрытия. Так, например, для IRFS840B типичное время нарастания составляет 65 нс, что и пишется всюду, хотя отдельные экземпляры доходят до 140 нс, что более чем в 2 раза дольше! Соответственно, для расчета необходимо использовать именно худшее значение, если нет желания отбирать транзисторы для конструкции.

Для выбора ключевого транзистора необходимо:

Всегда помнить о неидеальности условий окружающей среды
Использовать в расчете параметры наихудших экземпляров
Всегда оставлять запас и место для маневров
Иметь ввиду тепловые изменения параметров
Не давать кристаллу перегреваться
Не допускать перенапряжения из-за плохой сети

Все остальное считается и выбирается.

И вот здесь у меня для вас есть бонус. Так как я всё же ленив, то сделал таблицу в Excel, которая сама всё посчитает. Остается только сделать вывод о пригодности или непригодности транзистора.

▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

Краткая инструкция по использованию: редактируются только желтые ячейки, данные вписываются исходя из проектируемой конструкции (частота преобразования, напряжение питания, коэффициент заполнения) и из даташита на транзистор (все остальное).
В зеленых ячейках получаем результаты. Как интерпретировать, читайте выше.

Для преобразователей с жесткой коммутацией ключей (традиционные) ток в начале импульса (Ir) и ток в конце импульса (If) равны среднему току импульса.

Для нетрадиционных вариантов типа резонансных ZVC и прочих — согласно расчету, вплоть до 0.
Для примера, в таблицу уже внесены данные на полюбившийся IRFS840B, в полумостовом преобразователе с жесткой коммутацией ключей со средним током первичной обмотки 2А.

Очень надеюсь, что этот маленький опус поможет выбрать транзисторы правильно и при этом не убить нервы.
Всем удачи! Спасибо за внимание!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌻 Купон до 1000₽ для новичка на Aliexpress

Никогда не затаривался у китайцев? Пришло время начать!
Камрад, регистрируйся на Али по нашей ссылке. Ты получишь скидочный купон на первый заказ. Не тяни, условия акции меняются.

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Куплено и опробовано читателями или в лаборатории редакции.

▶▷▶▷ лабораторный блок питания полевой транзистор схема

Интерфейс	Русский/Английский
Тип лицензия	Free
Кол-во просмотров	257
Кол-во загрузок	132 раз
Обновление:	11-08-2019

лабораторный блок питания полевой транзистор схема — Лабораторный блок питания своими руками 3 — 18 Вольт sekret-masterarubez-rubrikilaboratornyj-blok Cached Простой лабораторный блок питания делаем своими руками с регулировкой напряжения Предоставлена схема , видео и пошаговая инструкция сборки Мощный лабораторный блок питания с MOSFET транзистором на wwwmastervintikrusamodelnyj-blok-pitaniya-na-mosfet Cached Мощный лабораторный блок питания с MOSFET транзистором на выходе своими руками В предыдущей статье мы рассматривали схемы ЗУ с использованием в качестве силового ключа мощные p-n-p или n-p-n транзисторы Лабораторный Блок Питания Полевой Транзистор Схема — Image Results Питание Комбинированный лабораторный блок data-pos2 data-9b15d5042fc38653 Питание Комбинированный лабораторный блок titleСхемы Питание Комбинированный лабораторный блок data-pos2 src More Лабораторный Блок Питания Полевой Транзистор Схема images Источники питания — radio-schemyru radio-schemyrusupplyhtml Cached Лабораторный блок питания 020 В Под таким заголовком в Радио, 1998, 5 было опубликовано описание несложного блока питания на микросхемах серии КР142 Источник питания на полевых транзисторах типа IRF3205 meandrorgarchives29134 Cached Для питания различных транзисторных конструкций решил собрать источник питания (далее ИП) со стабилизатором на полевых транзисторах, так как они имеют малое падение напряжения при больших токах в нагрузке Схема лабораторного блока питания работа и настройка texnicrukonstrpitalopit2html Cached В результате чего третий транзистор откроется и тем замкнет базовую цепь vt2, лимитируя нагрузочный ток на выходе блока питания Сигнализирует о перегрузки по току светодиод hl2 СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ radioskotrupublbpstabilizator_naprjazhenija Cached Схема регулируемого стабилизатора Основной радиодеталью данного устройства является полевой (mosfet) транзистор , в качестве которого можно использовать irlz243244 и другие подобные МОЩНЫЙ САМОДЕЛЬНЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ (power supply wwwyoutubecom watch?v_du2xA72_tc Cached Мощный полевой транзистор , так как в интернет-магазине нужного транзистора не оказалось я его заменил на Лабораторный Блок Питания С Полевым Транзистором — beeprikaz beeprikazweeblycombloglaboratornij-blok-pitaniya-s Cached Как сделать лабораторный блок питания своими руками Для переделки была применена простая, но мощная схема на полевом транзисторе и регулируемом параллельном стабилизаторе tl431 Лабораторный Блок Питания С Полевым Транзистором filipokklubweeblycombloglaboratornij-blok-pitaniya-s Cached Предлагаемый для повторения лабораторный блок питания с Поскольку приобрести n-канальный мощный полевой транзистор с малым пороговым ЛАБОРАТОРНЫЙ БП С ИНДИКАЦИЕЙ НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ elworupublskhemy_blokov_pitanijalaboratornyj Cached Транзистор irf9540 допустимо заменить на irf4905, а транзистор irf1010n на buz11, irf540 Если потребуется блок питания с выходным током, превышающим 7,5 А, необходимо добавить еще один стабилизатор DA5 Promotional Results For You Free Download Mozilla Firefox Web Browser wwwmozillaorg Download Firefox — the faster, smarter, easier way to browse the web and all of 1 2 3 4 5 Next 5,400

В предлагаемом стабилизаторе БП стоит полевой транзистор IRLR2905. Используя в схеме стабилизатора м
ощный полевой транзистор, можно собрать простой стабилизатор, тем не менее имеющий очень хорошие параметры. Упрощения схемы и получения при этом значительного выходного тока до 1,5…2 А удалось до
аметры. Упрощения схемы и получения при этом значительного выходного тока до 1,5…2 А удалось добиться использованием в регулирующем элементе блока мощного полевого транзистора VT4, имеющего большую крутизну характеристики (100…150 мАВ). Это позволило получить довольно большой коэффициент стабилизации напряжения при … Автору удалось значительно улучшить параметры стабилизатора, применив в качестве силового элемента мощный переключательный полевой транзистор. Лабораторный БП на К143ЕНЗ. Мой рабочий quot;лабораторныйquot; блок питания служит уже более 20 лет. Но для того, чтобы регулирующий полевой транзистор обеспечивал большой выходной ток, необходимо подавать на затвор открывающее напряжение 10…20 В. По этой причине в блоке предусмотрены два источника на напряжение 20 В. Один из них — мощный на диодах VD3, VD4 -служит источником нагрузочного тока, а второй -маломощный на диодах… Стабилитрон VD6 защищает полевой транзистор. В результате сравнения обоих уровней, сигнал рассогласования поступает на базу второго транзистора, который включен по схеме усилителя тока и управляет силовым транзистором VT4. При применении обычного полевого транзистора на базу транзистора может подаваться обратное напряжение значительной величины (gt;5 вольт). Также в качестве управляющего транзистора можно использовать биполярный транзистор, включенный по схеме Дарлингтона. Очень хорошо quot;ведетquot; себя на этом месте полевой транзистор IRF3205 — ему не нужен теплоотвод при токе до 1 А. Индуктивность дросселя L1 может быть любой от 40 до 600 мкГн… Ключ на мощном полевом транзисторе (пробовались IRFP460A, IRF1407, 55N80 ) имеет стандартное включение по отношению к DA1 и пусть никого не смущает то обстоятельство, что выход ЛБП не имеет общего провода. Основой служит ОУ LM324 и 4 полевых транзистора. Схема электронной нагрузки на транзисторах. Лабораторный блок питания настроен на 5 В. Нагрузку показывает 0.49A. Легче на лм317 с плавным пуском и защитой собрать, или на мощном полевом транзисторе. (простые транзисторы прошлый век) Простой лабораторный регулируемый источник питания на двух транзисторах.

5…2 А удалось добиться использованием в регулирующем элементе блока мощного полевого транзистора VT4

55N80 ) имеет стандартное включение по отношению к DA1 и пусть никого не смущает то обстоятельство

но мощная схема на полевом транзисторе и регулируемом параллельном стабилизаторе tl431 Лабораторный Блок Питания С Полевым Транзистором filipokklubweeblycombloglaboratornij-blok-pitaniya-s Cached Предлагаемый для повторения лабораторный блок питания с Поскольку приобрести n-канальный мощный полевой транзистор с малым пороговым ЛАБОРАТОРНЫЙ БП С ИНДИКАЦИЕЙ НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ elworupublskhemy_blokov_pitanijalaboratornyj Cached Транзистор irf9540 допустимо заменить на irf4905
превышающим 7
так как они имеют малое падение напряжения при больших токах в нагрузке Схема лабораторного блока питания работа и настройка texnicrukonstrpitalopit2html Cached В результате чего третий транзистор откроется и тем замкнет базовую цепь vt2

Нажмите здесь , если переадресация не будет выполнена в течение нескольких секунд лабораторный блок питания полевой транзистор схема Поиск в Все Картинки Ещё Видео Новости Покупки Карты Книги Все продукты Картинки по запросу лабораторный блок питания полевой транзистор схема Мощный регулируемый блок питания на полевом Квант shema mocshnyj Мощный регулируемый блок питания на полевом транзисторе схема В нем в качестве силового применен мощный полевой транзистор IRLR Хотя он Мой рабочий лабораторный блок питания служит уже более лет Мощный лабораторный блок питания с MOSFET wwwmastervintikrusamodelnyjblok окт установить мощный pканальный полевой транзистор , Смотрите следующую схему ЛАБОРАТОРНЫЙ БЛОК Самодельный блок питания на MOSFET транзисторе МОЩНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ samodelnieru tranzistor e Используя в схеме стабилизатора мощный полевой транзистор , можно собрать напряжения например для лабораторного блока питания резистор R нужно заменить переменным МОЩНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ pinterestru Источник питания В rclradioru Принципиальная Схема , Самодельный лабораторный блок питания Лабораторный блок питания своими руками Вольт май Простой лабораторный блок питания делаем своими руками с Вся скромная обвязка полевого транзистора размещена на Схема лабораторного блока питания sekretmasteraru Полевик В Блок Питания Песочница QA Форум по радиоэлектронике бло Скажите, можно сделать как то регулируемый блок питания с силовым полевым транзистором , Источник питания на полевых транзисторах типа IRF meandrorgarchives ноя Опубликовано в Источники питания Собрал и проверил схему стабилизатора RKUC , показанную на рис Но для нормальной работы полевых транзисторов VT и Источники питания Радиолюбительские схемы radioschemyrusupplyhtml Предлагаемая схема блока питания БП может служить как лабораторным источником напряжения с пределами Самодельный лабораторный блок питания vladikoms окт Когда то у меня был советский источник питания Б, он очень громко и противно пищал, Лабораторный блок питания на Lm и транзисторе апр Лабораторный блок питания на Lm и транзисторе ТА Схему скиньте пожалуйста! myoutubecom Однополярный лабораторный БП ВА РАДИО для radiokitsucozruindexlbp Однополярный лабораторный блок питания ВА с грубой и В качестве регулирующего элемента используется полевой транзистор IRLZN Обе схемы приведены ниже Компактный лабораторный блок питания В Схема power авг Два мощных полевых транзистора установлены с целью равномерно распределить выделяемое Схема лабораторного блока питания с описанием его wwwtexnicrukonstrpitalopithtml Приведены принципиальные схемы лабораторного блока питания На биполярном транзисторе VT собрана схема модуля сравнения который, шунтируя затвористок полевого транзистора VT и сопротивление канала Комбинированный лабораторный блок питания VA scheme s power a Этот лабораторный блок питания способен обеспечить стабилизацию как тока, так и Схема блока показана на рис Но для того, чтобы регулирующий полевой транзистор обеспечивал Ищу схему БП на полевых IRFZ CQHam wwwcqhamrushowthreadphp? авг Из разбомбленного УПСа на Вт выпали транзисторы IRFZ По четыре штуки на Лабораторный блок питания , Принципиальные схемы cxemamyru tranzistor e июл Лабораторный блок питания , В, А зарядное устройство Проще всего вместо силового pnp транзистора установить мощный pканальный полевой транзистор , Рецепт создания хорошего лабораторного бп vipcxemaorg vipcxemaorgretseptsozdaniya Оригинальные схемы и конструкции радиопередатчиков, зарядных устройств, сигнализаций, усилителей, блоков Блок питания на мосфетах схема Мощный лабораторный блок , В у составных транзисторов, что приводит к их pканальный полевой транзистор , мощные полевые транзисторы схемы регулируемого блока beachdomynoczmoshchnyepolevye мар мощные полевые транзисторы схемы регулируемого блока питания Блок питания POWER ICE ЗОА v Компактный лабораторный блок питания В Схема RadioHata PDF Схемы лабораторных блоков питания на полевых транзисторах tweakguukjppuapdf элемента используется полевой транзистор IRLZN Схема стабилизации напряжения собрана Лабораторный блок питания от Вольт от , Делаю лабораторный блок питания , нужна помощь power дек Вот схема промышленного лабораторного БП НР, думал просто пожалуйста, сэмулируйте эту схему Коэффициент усиления у полевых транзисторов вообщето Схемы лабораторных блоков питания на полевых konavebezubambukmodalrunethuzo Рассмотрены особенности работы полевых транзисторов типа Блок питания на полевых транзисторах irf Импульсный блок питания своими руками схема и принцип scheme s июн лабораторных источников питания и так далее В качестве блока управления полевых транзисторов , используется самотактируемый полумостовой драйвер IR Лабораторный блок питания на полевых транзисторах схема Лабораторный блок питания на полевых транзисторах схема лабораторный блок питания на полевых транзисторах схема Первое включение производится без LM и транзисторов Схема импульсного лабораторного блока питания на TL wwwradioradarnet power pulsed_ янв Импульсный лабораторный блок питания структурная схема и Здесь за выравнивание тока отвечают два полевых транзистора обязательно крепятся на теплоотвод tlcn схема блока питания на полевых Anapo anapoboliviaorgtlcnskhemablok апр tlcn схема блока питания на полевых транзисторах бп Рецепт создания хорошего лабораторного блока питания транзистором , так же от выбранной схемы будет, мощные полевые транзисторы схемы регулируемого блока prakardcomviewtopicphp? мощные полевые транзисторы схемы регулируемого блока питания tm транзисторы Самый простой самодельный лабораторный блок питания с Мощный лабораторный блок питания В А rclradioru янв Полевые транзисторы Биполярные транзисторы IGBT Блок питания состоит из схемы стабилизатора на R R служат для уравнивания тока через транзисторы, мощные полевые транзисторы схемы регулируемого блока wwwgardensspapl май биполярные транзисторы , полевые mosfet и igbt Лабораторный блок питания своими руками PDF Полевые транзисторы схема защиты питания СКАЧАТЬ langpenlkppuapdf фев Схема блока питания на Ампер с защитами; Схема блока питания от Источник питания на полевых Мощный Лабораторный Блок Питания С Mosfet Транзистором Простые импульсные блоки питания Журнал Datagorru power prostye При этом нижний по схеме транзистор PDF Схема транзистора вольт СКАЧАТЬ forzipazppua forzipazppuapdf Схема лабораторного блока питания Вольт Схема с общим транзистора Полевой транзистор с изолированным затвором mosfet Полевой Импульсный Блок Питания На Полевых Транзисторах ноя Стабилизатор напряжения для лабораторного блока Схема такого блока питания была найдена в одном из Это специальные высоковольтные полевые транзисторы PDF Схема регулируемого бп на полевых транзисторах СКАЧАТЬ guiwegtbppuapdf СКАЧАТЬ Схема регулируемого бп на полевых транзисторах PDF бесплатно Мощный Лабораторный Блок Питания С Mosfet Транзистором БП на Электронная нагрузка Блоки питания Источники питания vprlrupublistochniki Рисунок Принципиальная электрическая схема электронной нагрузки В качестве ключа используется полевой транзистор T с низким сопротивлением Двухполярный лабораторный блок питания своими руками транзистор Схемы источников питания shemuruistocnikitag транзистор С помощью такого устройства можно не только быстро настроить блок Проверка полевых транзисторов Стабилизированный лабораторный блок питания вольт radiohomeru дек Стабилизированный лабораторный блок питания вольт Упрощения схемы и получения при этом значительного элементе блока мощного полевого транзистора VT, Линейный стабилизатор для лабораторного блока питания мар Ещё один кубик для лабораторного блока питания , на этор раз Мощный проходной транзистор полевой , Рканальный Источник опорного напряжения ,в Принципиальная схема стабилизатора ЛБП лабораторный блок питания полевой транзистор схема wwwfronzekgutheildelaboratornyi апр лабораторный блок питания полевой транзистор схема Мощный лабораторный блок питания с схема регулированного бп на полевом транзисторе pellegrinetcomskhema май схема регулированного бп на полевом транзисторе напряжения на полевом транзисторе Известная схема лабораторный блок питания полевой транзистор схема Лабораторный блок питания ВА NewAuction Однополярный лабораторный блок питания В, А регулировками выходного напряжения, элемента используется пара полевых транзисторов IRF NKZ Схема стабилизации напряжения собрана на U и U VRTP Лабораторный блок питания Эта схема лабораторного блока питания , как я его вижу Рассчитан на проходной Дарлингтон О применении полевых транзисторов в качестве силовых Печатные платы лабораторный блок питания полевой транзистор схема dhkctuq masrolichieklablogcoma Скачать тут лабораторный блок питания полевой транзистор схема В предлагаемом стабилизаторе БП стоит полевой транзистор IRLR ZXYS, или развитие истории самодельного мощного kirichblogzxys фев Блок питания исправен и работает абсолютно самодельного мощного лабораторного блока питания Те схема выглядит так Входное напряжение установлен драйвер мощного полевого транзистора PDF схем для радиолюбителей LabKit labkitru power Istochniki_pitaniya_ в регулирующем элементе полевого транзистора V и высокоомной Схема блока питания изображена на рисунке Рабочие Этот лабораторный блок питания способен обеспечить схема блока питания на полевых транзисторах а nicepharmacomskhemablokapitanii май схема блока питания на полевых транзисторах а надежной микросхеме ir Лабораторный блок питания своими В новинке установлены дискретные транзисторы , Блок питания а на полевых транзисторах схема My First dasijugemjp?eid сен Блок питания на полевых транзисторах IRF Стабилизатор напряжения для лабораторного блока Используя в схеме стабилизатора мощный полевой транзистор , Схема блока питания на полевом транзисторе портал с shema tranzistor e Картинки по запросу схема блока питания на полевом транзисторе напряжения например для лабораторного блока питания резистор R нужно Стоит полевой транзистор IRLR схема мощного регулируемого блока питания на полевом wwwzsmarcinkowiceeduplskhema мар схема мощного регулируемого блока питания на полевом транзисторе схема Yahoo Search Запросы, похожие на лабораторный блок питания полевой транзистор схема лабораторный блок питания на полевом транзисторе блок питания на lm с мощным транзистором блок питания на полевом транзисторе своими руками блок питания для трансивера на полевых транзисторах блок питания на мосфетах мощный лабораторный блок питания на транзисторах импульсный блок питания на полевом транзисторе блок питания на lm с полевым транзистором След Войти Версия Поиска Мобильная Полная Конфиденциальность Условия Настройки Отзыв Справка

В предлагаемом стабилизаторе БП стоит полевой транзистор IRLR2905. Используя в схеме стабилизатора мощный полевой транзистор, можно собрать простой стабилизатор, тем не менее имеющий очень хорошие параметры. Упрощения схемы и получения при этом значительного выходного тока до 1,5…2 А удалось добиться использованием в регулирующем элементе блока мощного полевого транзистора VT4, имеющего большую крутизну характеристики (100…150 мАВ). Это позволило получить довольно большой коэффициент стабилизации напряжения при … Автору удалось значительно улучшить параметры стабилизатора, применив в качестве силового элемента мощный переключательный полевой транзистор. Лабораторный БП на К143ЕНЗ. Мой рабочий quot;лабораторныйquot; блок питания служит уже более 20 лет. Но для того, чтобы регулирующий полевой транзистор обеспечивал большой выходной ток, необходимо подавать на затвор открывающее напряжение 10…20 В. По этой причине в блоке предусмотрены два источника на напряжение 20 В. Один из них — мощный на диодах VD3, VD4 -служит источником нагрузочного тока, а второй -маломощный на диодах… Стабилитрон VD6 защищает полевой транзистор. В результате сравнения обоих уровней, сигнал рассогласования поступает на базу второго транзистора, который включен по схеме усилителя тока и управляет силовым транзистором VT4. При применении обычного полевого транзистора на базу транзистора может подаваться обратное напряжение значительной величины (gt;5 вольт). Также в качестве управляющего транзистора можно использовать биполярный транзистор, включенный по схеме Дарлингтона. Очень хорошо quot;ведетquot; себя на этом месте полевой транзистор IRF3205 — ему не нужен теплоотвод при токе до 1 А. Индуктивность дросселя L1 может быть любой от 40 до 600 мкГн… Ключ на мощном полевом транзисторе (пробовались IRFP460A, IRF1407, 55N80 ) имеет стандартное включение по отношению к DA1 и пусть никого не смущает то обстоятельство, что выход ЛБП не имеет общего провода. Основой служит ОУ LM324 и 4 полевых транзистора. Схема электронной нагрузки на транзисторах. Лабораторный блок питания настроен на 5 В. Нагрузку показывает 0.49A. Легче на лм317 с плавным пуском и защитой собрать, или на мощном полевом транзисторе. (простые транзисторы прошлый век) Простой лабораторный регулируемый источник питания на двух транзисторах.

Лабораторный блок питания со встроенным вольтметром

Отличительной особенностью данного лабораторного блока питания является наличие встроенного вольтметра и с помощью изменения положения тумблера можно менять функциональное назначение лабораторного блока питания (ЛБП) на измерительный прибор – вольтметр. Иногда это удобно при необходимости грубого (+/-0.1В) измерения напряжения, заодно сохраняется на рабочем столе больше свободного места.

Помимо этого, лабораторный блок питания имеет защиту от перегрузки и возможность переключения обмоток трансформатора, что повышает КПД линейного стабилизатора напряжения. Ведь известно, что чем меньше разница между входным и выходным напряжениями, тем меньше рассеивается тепла на регулирующем элементе линейного стабилизатора (регулятора) и соответственно его КПД выше.

Основные технические характеристики ЛБП

Выходное напряжение ….. +2.5В…+12В

Ток нагрузки (переключается) ….. <0.3А или <1.6А

Пульсации (при 10В, 0.5А) ….. 1мВ

Схема лабораторного блока питания

Данная схема была предложена А. Бутовым в журнале радио 2017 №9 (с.20).

Основным регулирующим элементом блока является полевой транзистор VT1, включенный как истоковый повторитель.

На выходе схемы установлен регулируемый резистивный делитель R12R13, который задает опорное напряжение для микросхемы DA1. Регулировка делителя производится изменением сопротивления реостата R12. Часть напряжения с резистора R13 через защитный резистор R9 поступает на вход микросхемы DA1. С 3 вывода DA1 через защитный резистор R8 на затвор VT1 поступает стабилизированное микросхемой DA1 и заданное делителем напряжение. На выходе истокового повторителя появляется это заданное напряжение, но уже усиленное по току. Его пульсации сглаживаются емкостью электролитического конденсатора C15.

Чем меньше установленное сопротивление резистора R12, тем больше падение напряжения на резисторе R13, а соответственно меньше выходное напряжение лабораторного источника питания.

Для открытия транзистора VT1 на его затвор необходимо подать положительный потенциал относительно истока, поэтому на его затвор и вывод 3 DA1 поступает напряжение с умножителя, выполненного на элементах C2, C3, C10,VD2-VD5.

Цепь R7C14 препятствует самовозбуждению микросхемы DA1. Стабилитрон VD10 защищает затвор VT1.

Выпрямитель организован по мостовой схеме на диодах Шоттки (VD6-VD9), что обеспечивает на них меньшее падение, повышая эффективность использования напряжений вторичных обмоток понижающего трансформатора T1. Конденсатор C11 сглаживает пульсации, выпрямленного диодным мостом постоянного напряжения.

Варистор RU1 защищает лабораторный блок питания от скачков сетевого напряжения.

Компоненты SB2.1 и SB2.2 являются одним переключателем с двумя группами контактов. Данный переключатель отвечает за подключение необходимой вторичной обмотки, в зависимости от нужного выходного напряжения. SB2.1 непосредственно коммутирует необходимую обмотку. SB2.2 шунтирует резистор R13 резистором R10 для включения диапазона выходного напряжения от 2.5В до 12В, либо отключает шунт R10 для диапазона от 2.5В до 5В.

Защита от перегрузки выполнена на самовосстанавливающихся предохранителях FU3 и FU4. Переключателем SA1 устанавливается порог срабатывания защиты (0.3А или 1.6А). При отработке предохранителя, размыкается силовая цепь, и выходная часть лабораторного блока отключается, светодиод HL2 светится. Когда предохранитель восстановлен, он шунтирует светодиод HL2 и его резистор R4, ограничивающий ток светодиода, вследствие чего, светодиод не засвечен.

Компоненты SB1.1 и SB1.2 представляют один переключатель с двумя группами контактов. Переключатель SB1.2 подключает встроенный вольтметр PV1 к выходу лабораторного источника питания, либо к внешнему устройству для использования вольтметра как измерительного прибора. При этом щупы для измерения необходимо подключать к контактам X1 (+) и X3 (-). Переключатель SB1.1 включает свечение светодиода HL1 при замкнутом переключателе SB1.2 на выход ЛБП, либо отключает свечение светодиода HL1 при замкнутом SB1.2 на внешнее устройство (X1).

Светодиод HL3 сигнализирует о присутствии напряжения на выходе лабораторного блока питания.

Диод VD11 защищает ЛБП от переплюсовки подключаемого устройства (аккумулятора, заряженного конденсатора).

При подключении вольтметра к внешним устройствам через контакт X1 возможно его повреждения высоким напряжением, для этого на его входе установлены термистор RK1 и разрядник FV1.

Компоненты схемы

Резистор R1 мощностью 1Вт. Резисторы R3, R4, R15 мощностью 0.5Вт, остальные могут быть мощностью 0.25Вт.

Термистор RK1 имеет положительный ТКС и сопротивление 2кОм.

Ниже будут представлены некоторые возможные замены, которые допускает автор схемы.

Варистор может быть заменен на FNR-20K471, FNR-14K471, GNR20D471K, LF14K471U, TVR14471.

Диоды VD2-VD5 могут быть заменены на 1n4148, КД521.

Диоды VD6-VD9 можно заменить на MBR340-MBR360, SR340-SR360, SR504-SR506 или на другие диоды Шоттки с током не менее 3А и напряжением более 40В.

Диод VD11 меняется на 1n5400-1n5408, FR301-FR307, КД226.

Стабилитрон VD1 можно заменить на 1n4734A или КС156А, а VD10 на Д814Д1 или 2C213A.

В качестве полевого транзистора можно применить IRL3705N, IRLZ44, IRFZ40, IRFZ42, 50N06A, STP3020L, BUZ11.

Замена самовосстанавливающихся предохранителей. FU3 меняется на MF-R040, LP60-030, LP60-040. FU4 меняется на LP30-160 или LP60-160.

Трансформатор лабораторного блока питания

Трансформатор должен иметь две вторичные обмотки с напряжением 4.5В и 7.5В переменного тока. Выходной ток обмоток не менее 2А. Можно перемотать уже готовый тороидальный трансформатор.

Вольтметр

В качестве вольтметра лабораторного блока питания применен цифровой вольтметр постоянного тока 0-100В. Дисплей состоит из трех сегментов. Вместо него можно применить любой другой аналогичный вольтметр с напряжением питания 3.3-24В.

Наладка

Необходимо подобрать сопротивление резистора R14, чтобы оно соответствовало сопротивлению терморезистора RK1 при температуре 25⁰C.

Также подбирается необходимое сопротивление R10 и R13 до необходимого значения напряжения на выходе ЛБП.

В объем настройки лабораторного блока питания также входит калибровка встроенного вольтметра по показаниям эталонного прибора.

Основы усилителя

ESP — Как работают аудиоусилители (Часть 3). Основы усилителя

ESP — Как работают аудиоусилители (Часть 3)

Основы усилителя

Elliott Sound Products

— Принцип работы усилителя (Часть 3)

Указатель статей
Основной указатель

Содержание

Часть 3 — Полевые транзисторы и полевые МОП-транзисторы

Теперь о полевых транзисторах и полевых МОП-транзисторах.FET означает «полевой транзистор », а MOSFET означает «полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника ». Эта тема — своего рода баня червей, но не из-за каких-то недостатков в устройствах, а из-за огромного множества различных типов. Основные типы полевых транзисторов …

Полевые транзисторы с N-каналом
Полевые транзисторы с P-каналом
МОП-транзисторы с N-канальным режимом расширения
МОП-транзисторы с режимом расширения P-канала
МОП-транзисторы с N-канальным режимом истощения
МОП-транзисторы с режимом истощения P-канала

Существует несколько основных подклассов полевых МОП-транзисторов — боковые и вертикальные.Боковые полевые МОП-транзисторы особенно подходят для аудиоприложений, поскольку они гораздо более линейны, чем их вертикальные собратья, хотя их коэффициент усиления обычно ниже. Вертикальные полевые МОП-транзисторы идеально подходят для коммутации, включая усилители с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

Термины «боковой» и «вертикальный» относятся к внутренним методам изготовления, поэтому многие другие, с которыми вы можете встретиться (например, полевые транзисторы HEXFET ^®), по сути, являются вариациями вертикального процесса. Это еще не все возможности, потому что есть и дополнительные подклассы, особенно с переключаемыми полевыми МОП-транзисторами.Однако в целях общей статьи об их характеристиках и принципах работы я сосредоточусь на наиболее часто используемых версиях. Это сужает поле, и мы получаем обе полярности полевых транзисторов с переходом и обе полярности полевых МОП-транзисторов в режиме усиления. С их помощью мы покрываем основную часть текущих дизайнов, поэтому, хотя «я буду многое упускать, то, что я опускаю, не так уж и распространено» (с надеждой говорит он).

Полевые транзисторы

являются «униполярными» устройствами в том смысле, что они используют только одну полярность носителя, в отличие от биполярных транзисторов, которые используют как основные, так и неосновные носители заряда (электроны или «дырки», в зависимости от полярности).Полевые транзисторы гораздо более устойчивы к воздействию температуры, рентгеновского излучения и космического излучения — любое из них может вызвать образование неосновных носителей в биполярных транзисторах).

Я сосредоточусь только на трех оконечных полевых транзисторах, а выводы …

Источник — «Источник» электронов (для N-канальных устройств), эквивалент катода клапана или эмиттера транзистора.
Затвор — Управляющий вывод — (более или менее) эквивалент сетки клапана или базы транзистора
Drain — Клемма, с которой «отводится» ток — эквивалент пластины клапана или коллектора транзистора

Нет простой эквивалентной схемы для полевых транзисторов (как для транзисторов), но это не имеет значения.Затвор является управляющим элементом и влияет на поток электронов не путем усиления тока (как в транзисторе), а путем приложения напряжения. Входное сопротивление переходных полевых транзисторов очень велико на всех используемых частотах, но полевые МОП-транзисторы отличаются. У них почти бесконечное входное сопротивление, но заметная емкость между затвором и остальной частью устройства. Это может затруднить управление полевыми МОП-транзисторами, поскольку емкостная нагрузка вызывает недовольство большинства усилителей.

Соединительный полевой транзистор является обычным для входов высокопроизводительных операционных усилителей и обеспечивает чрезвычайно высокое входное сопротивление.На самом деле это также относится к дискретным полевым транзисторам, и простой усилитель напряжения, использующий транзисторный полевой транзистор и силовой полевой МОП-транзистор, показаны на рисунке 3.1. Оба устройства являются N-канальными, и обратите внимание, что стрелка для каждого из них указывает в разном направлении. Стрелки указывают в противоположном направлении для устройства с P-каналом, и все полярности поменяны местами. Vdd составляет +20 В.

Рисунок 3.1 — Усилители напряжения на соединительных полевых транзисторах и силовых полевых МОП-транзисторах

Полевые транзисторы

являются устройствами режима истощения и (как и все полевые транзисторы и полевые МОП-транзисторы в режиме истощения) могут иметь смещение точно так же, как вентиль.Режим обеднения означает, что без отрицательного сигнала смещения на управляющем элементе (затворе) будет протекать ток между стоком (эквивалентным пластине или коллектору) и истоком (эквивалентным катоду или эмиттеру).

Устройство расширенного режима остается выключенным до тех пор, пока не будет достигнуто пороговое напряжение, после чего устройство будет проводить, пропуская больше тока по мере увеличения напряжения. Хотя существуют полевые МОП-транзисторы, предназначенные для работы с низким энергопотреблением, большинство (во всяком случае, в аудио) являются устройствами питания.Это почти исключительно режим улучшения и может работать с очень сильным током.

На рисунке 3.1 силовой полевой МОП-транзистор — это устройство в режиме улучшения, а полевой транзистор на переходе — в режиме истощения. Это наиболее часто используемые в аудио. Мощные МОП-транзисторы в режиме расширения также используются в импульсных источниках питания и в этой роли намного лучше, чем биполярные транзисторы. Они быстрее, поэтому коммутационные потери не так велики (поэтому полевые МОП-транзисторы работают холоднее), они более прочные и способны противостоять злоупотреблениям, которые почти мгновенно убили бы биполярный транзистор.

Эта надежность (в сочетании с отсутствием вторичных эффектов пробоя) означает, что полевые МОП-транзисторы очень популярны в качестве выходных устройств для мощных профессиональных усилителей. В этой области MOSFET не имеет себе равных, и они прочно закрепились в качестве предпочтительного устройства для высокой мощности.

Нельзя сказать, что это единственное место, где используются полевые МОП-транзисторы. Есть много хороших аудиофильских усилителей мощности (и даже предусилителей), в которых используются силовые полевые МОП-транзисторы, и есть много заявлений о том, что они по звуку превосходят биполярные транзисторы (опять же, споры, которые я не буду здесь обсуждать).

В некотором роде клапаны, полевые транзисторы и полевые МОП-транзисторы очень зависят от устройства, и обычно невозможно просто заменить одно устройство другим типом. Также, как и в случае с клапанами, усиление, которое можно ожидать от схемы усилителя напряжения, зависит от устройства, и лист данных производителя (или тестирование) — единственный способ, которым можно быть уверенным в получении необходимого усиления в данной схеме.

3.1 Характеристики полевого транзистора

Характеристики полевых транзисторов следует рассматривать в двух частях, поскольку мы имеем дело с двумя совершенно разными устройствами.Первым будет соединительный полевой транзистор, и, как и в случае с транзисторами, я буду описывать только N-канал, но доступны практически идентичные устройства с P-каналом (хотя и не так часто).

Рисунок 3.2 — Передаточные кривые для полевого транзистора и полевого МОП-транзистора

Изначально, чтобы можно было сравнить передаточные характеристики двух устройств бок о бок, на рис. 3.2 показано довольно типичное устройство из каждого «семейства». Данные переходного полевого транзистора — от 2N5457, а МОП-транзистор — это IRFP240 (вертикальный МОП-транзистор — больше подходит для коммутационных приложений).

Вместо того, чтобы показывать входные и выходные сигналы наложенными на график, на этот раз я показываю только сам график. Это выдержки из данных производителей, но с небольшой уловкой — на рис. 3.2b ток стока отображается в логарифмической шкале, поэтому линейность устройства нельзя увидеть должным образом. Если этот график был перерисован как линейный, он покажет, что линейность лучше всего при более высоких токах (на показанном графике это выглядит наоборот), и устройство становится почти идеально линейным при токах стока выше примерно 3А.

Обратите внимание, что, поскольку полевой транзистор находится в режиме истощения, ток стока максимален при напряжении затвор-исток 0 В. С другой стороны, (наиболее распространенный) полевой МОП-транзистор — это режим улучшения, поэтому при 0 В затвор-исток нет тока. Проводимость начинается с 4 В, а к 6 В ток стока составляет 10 А (например). Это зависит от типа полевого МОП-транзистора, и они доступны с низким порогом (подходит для управления логикой 5 В) или «нормальным» порогом, требующим до 10 В или около того для полной проводимости.

Термин Siemens (S) теперь заменяет Mhos как единицу крутизны в большинстве литературных источников: 1S = Mho (1 мкS = 1 мкMho).Для приведенных выше графиков можно понять, что переходной полевой транзистор имеет крутизну 1500 мкс, а для полевого МОП-транзистора она составляет прибл. 9000 мкСм (9000 мкMhos)

3.1.2 Соединительные полевые транзисторы

Как и клапаны, в технических паспортах полевых транзисторов информация об усилении указывается в gm (взаимная проводимость — в мкMhos). Показанный полевой транзистор с переходом имеет грамм (обычно) 1500 мкMhos (на приведенном графике это фактически ближе к 1425 мкMhos в линейном сечении), что соответствует примерно 1,5 мА / В.

Наиболее распространенный из указанных параметров для полевых транзисторов с переходом —

Прямая пропускная способность (общий источник) — крутизна — по существу коэффициент усиления устройства
Input Capacitance — Эффективная емкость вывода затвора по отношению к остальной части полевого транзистора
Напряжение отсечки затвор-исток — Напряжение затвора, при котором полевой транзистор выключается.

Процесс усиления почти такой же, как у клапана, за исключением того, что напряжения ниже.Устройство смещено таким же образом (хотя можно использовать и фиксированное смещение). Это означает, что затвор должен иметь обратное смещение относительно истока, при этом затвор должен иметь полярность, противоположную напряжению исток-сток.

Полевые транзисторы

предлагают низкий уровень шума, особенно с входами с высоким импедансом, и в этом отношении являются противоположностью биполярных транзисторов, которые обычно лучше всего работают с низким импедансом источника.

Полевые транзисторы с переходом

имеют преимущественно малую мощность, хотя есть и некоторые устройства с высокой мощностью.Это редкость в аудиоприложениях.

Примечательно (и прискорбно), что многие производители «рационализировали» свой ассортимент JFET. Многие из высокопроизводительных устройств, которые мы могли использовать (например) в схемах с очень низким уровнем шума, исчезли, и вы почти можете увидеть, как JFET исчезают из каталогов поставщиков, пока вы смотрите. Хотя я никогда не верил, что у JFET есть какое-то «волшебное» свойство, которое заставляет их звучать лучше, чем что-либо еще, было бы неплохо, если бы производители просто не решили, что нам больше не нужны эти специализированные устройства.У меня есть только пара конструкций, в которых используются полевые транзисторы, и сейчас трудно найти подходящие устройства.

3.1.3 МОП-транзисторы

Опять же, листы данных MOSFET также предоставляют информацию, аналогичную полевым транзисторам с переходом, но есть и другие элементы, важные для разработчика. Самые полезные из них —

Прямая крутизна — характеристика усиления устройства
Drain to Source On Resistance — Минимальное сопротивление, когда MOSFET полностью включен
Пороговое напряжение затвора — Напряжение затвора, при котором полевой МОП-транзистор начинает проводить
Напряжение от затвора к источнику — максимальное напряжение (любой полярности), которое может быть приложено между источником и затвором.(Обычно это порядка +/- 20 В)
Входная емкость — значение емкостной нагрузки, прикладываемой к цепи управления.

МОП-транзисторы в режиме расширения практически не пропускают ток при отсутствии напряжения затвора. Чтобы проводить, между истоком и затвором должно быть приложено напряжение (той же полярности, что и напряжение стока). Как только порог будет достигнут, устройство начнет движение между стоком и истоком.

При увеличении напряжения затвора ток стока увеличивается до тех пор, пока: а) не будет достигнут максимально допустимый ток стока или предел полного рассеяния, или б) напряжение стока не упадет до минимально возможного значения.В этом случае, поскольку канал исток-сток теперь полностью проводящий, значение R _{DS (on)} определяет напряжение.

Типичные силовые полевые МОП-транзисторы имеют чрезвычайно низкое сопротивление, при этом значения менее 0,2 Ом являются довольно типичными. Есть много устройств с гораздо более низкими значениями (<50 мОм), но это важно только в схемах переключения. В аудиоусилителе полевые МОП-транзисторы никогда не должны быть включены полностью, поскольку это означает, что усилитель работает с ограничениями.

Другая область, которую необходимо решить с помощью полевых МОП-транзисторов, — это напряжение между затвором и истоком.Поскольку затвор изолирован от канала (очень) тонким слоем оксида металла, он подвержен повреждению статическим разрядом или другим избыточным напряжением. Обычно между истоком и затвором устанавливается стабилитрон, чтобы гарантировать, что максимальное напряжение не может быть превышено. Скачки напряжения, превышающие напряжение пробоя изолирующего слоя, вызовут мгновенный выход устройства из строя.

3.2 Усилитель тока на полевых / полевых транзисторах

Опять же, я показал как полевой транзистор, так и полевой МОП-транзистор на рисунке 3.3, цепи как с общим стоком, так и с повторителем истока. Как можно видеть, переходной полевой транзистор смещен почти так же, как и вентиль, но все напряжения намного ниже. Для полевого МОП-транзистора требуется положительное напряжение, которое должно быть больше, чем напряжение источника, на величину, которая учитывает характеристики полевого МОП-транзистора. Для характеристик устройства, показанных на рисунке 3.2, это означает, что при токе 100 мА затвор должен быть на 4 В выше источника.

Рисунок 3.3 — Усилители тока на полевых транзисторах

Для повторителя истока JFET байпасный конденсатор (Cb) не всегда используется, и в этом случае выходной сигнал обычно берется из источника.Когда включен Cb, выходной уровень одинаков на обоих концах Rs1, а входное сопротивление намного больше, потому что Rg загружается. Увеличение входного импеданса зависит от крутизны полевого транзистора. Для показанной схемы JFET (с Rg равным 1 МОм) входное сопротивление составляет около 5 МОм, если Rs1 не шунтируется, и возрастает примерно до 18 МОм с включенным Cb.

Cb должен быть достаточно большим, чтобы напряжение переменного тока на нем оставалось небольшим при самой низкой интересующей частоте. Например, если Rs1 равен 1 кОм, Cb должен быть не менее 10 мкФ (частота -3 дБ для 16 Гц).Рекомендуется более высокое значение, чтобы минимизировать низкочастотные искажения. Для нормальной работы со звуком я бы использовал не менее 33 мкФ (по-прежнему предполагая, что 1 кБ за 1 рупий).

В версию MOSFET входит стабилитрон для защиты изоляции затвора. Используется стабилитрон 10 В, так как он обеспечивает хорошую защиту и позволяет пропускать максимально возможный ток MOSFET. Можно было бы использовать стабилитрон на 6 В, и он все равно допускал бы ток до 10 А, что намного больше, чем можно получить с помощью этой простой схемы.

3.3 Усилители мощности на полевых / полевых транзисторах

Точно так же, как силовой клапан может использоваться в несимметричном исполнении класса A, то же самое можно сделать и с MOSFET. На рисунке 3.4 показана простая схема, обеспечивающая около 10 Вт звука. Использование источника постоянного тока в качестве нагрузки (как показано на рисунке) дает лучший КПД, чем резистор, и улучшает линейность. Искажение от схемы, подобной показанной, будет примерно такой же, как от несимметричной схемы триодного клапана. Общий КПД будет выше, поскольку не требуется катодного резистора смещения и нагревателей, как в случае с клапаном.Производительность , а не на уровне Hi-Fi!

Рисунок 3.4 — Усилитель класса A с несимметричным МОП-транзистором

Хотя их немного, но все усилители мощности на МОП-транзисторах необычны. Большинство из них используют комбинацию биполярных транзисторов (для входного каскада и каскада усиления) и полевых МОП-транзисторов для выходных устройств. Это кажется наиболее популярным схемным решением, поэтому я сконцентрируюсь на нем. На рисунке 3.5 показана довольно типичная схема (в упрощенной форме), работа которой практически идентична работе усилителя с биполярными транзисторами на выходе.Обратите внимание, что эмиттерные повторители необходимы для обеспечения привода с низким импедансом, в котором нуждаются полевые МОП-транзисторы, хотя в некоторых схемах они не используются. Вместо этого каскад драйвера класса A (Q3) работает при более высоком, чем обычно, токе, что позволяет ему правильно управлять полевыми МОП-транзисторами.

Рисунок 3.5 — Усилитель выходной мощности MOSFET

Одна проблема с этой компоновкой заключается в том, что напряжение затвор-исток представляет собой потерю в цепи, поэтому напряжение источника питания обычно должно быть на ± 6 В выше, чем необходимое пиковое выходное напряжение для нагрузки, чтобы полностью включить полевые МОП-транзисторы.Хотя это не является серьезной проблемой, это увеличивает рассеяние в выходном каскаде, и потери возрастают с уменьшением импедансных нагрузок.

В некоторых усилителях (особенно очень высокой мощности) это можно обойти за счет использования вторичного источника питания с низким током (но с более высоким напряжением) для схемы возбуждения и основного источника высокого тока для полевых МОП-транзисторов. В усилителе, использующем основные источники питания +/- 50 В при 20 А, вторичный источник питания может быть ± 60 В, но, возможно, рассчитан на максимум 1 А.

Как и в случае с биполярным усилителем (вы заметили, насколько они похожи?), Я не включил компоненты для стабильности.Обычно они такие же, как и для стандартного биполярного транзисторного усилителя, но обычно включают в себя « стопорные » резисторы, включенные последовательно с затворами полевых МОП-транзисторов, а иногда и дополнительную емкость для предотвращения паразитных колебаний — потребность в них варьируется от одного типа устройства к другому. следующий.

Полевые транзисторы — краткое описание

Соединительные полевые транзисторы
Поверхность снова почти не поцарапана. Переходный полевой транзистор (он же JFET) идеально подходит для схем, в которых ожидается высокое сопротивление, и будет давать самый низкий уровень шума.Они являются бесценным электронным строительным блоком, когда используются там, где они превосходны — обеспечивая чрезвычайно высокий входной импеданс.

Как и все устройства до сих пор, JFET-транзисторы имеют свои ограничения …

Gain — JFET не имеют высокого усиления биполярных транзисторов
Высокочастотная характеристика — Обычно полевые транзисторы JFET обладают характеристиками на высоких частотах, которые уступают биполярным транзисторам
Линейность — Линейность полевых транзисторов JFET не так хороша, как у биполярных транзисторов (поэтому искажения больше), но ее можно улучшить, используя источник тока. загрузка или обратная связь.

Обычно существует идеальное (или близкое к идеальному) усилительное устройство для каждого приложения, и при правильном использовании JFET чрезвычайно универсален и лучше всего подходит для случаев, когда требуются высокие импедансы. Если вам необходимо отправить усилитель в космос, предпочтительнее использовать полевые транзисторы JFET из-за их большей «радиационной стойкости». Однако разброс параметров велик, поэтому нельзя считать, что два JFET одинаковые, даже из одной партии. Если работа критична, полевые транзисторы JFET должны быть согласованы или снабжены регулируемым сопротивлением источника, чтобы можно было установить рабочую точку.

JFET

(фактически все полевые транзисторы) более чувствительны, чем биполярные транзисторы при нагревании, и проблемы теплового разгона с этими устройствами обычно не возникают.

Большинство «лучших» полевых транзисторов JFET для аудио сейчас исчезли с рынка. 2SK170 пользовался уважением в некоторых кругах и был идеальным устройством для обеспечения очень низкого уровня шума во многих различных приложениях. Оригинал и любые замены, которые предлагались впоследствии, устарели. Возможно, вы сможете купить JFET с напечатанным на них «2SK170», но о том, что внутри, остается только гадать.В одном вы можете быть абсолютно уверены — это почти наверняка , а не , настоящий 2SK170.

Даже многие «пешеходные» JFET практически исчезли из инвентаря поставщика, оставив вам ограниченный выбор. Некоторые из них доступны, если вы можете работать с SOT (транзистор с малым контуром, SMD), но даже там диапазон не такой, как раньше.

МОП-транзисторы
MOSFET — один из самых мощных усилительных устройств из всей линейки современных усилителей, обладающий исключительной способностью выдерживать ток.MOSFET идеально подходит для усилителей очень большой мощности, импульсных источников питания и усилителей класса D, где регулярно встречаются экстремальные условия эксплуатации. Возможным исключением является биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), который, как следует из названия, является гибридным устройством. В этих статьях IGBT не рассматриваются.

… И, как всегда, есть ограничения …

Усиление — Как и полевые транзисторы JFET, полевые МОП-транзисторы имеют меньшее усиление, чем биполярные транзисторы, что обычно означает, что к схеме управления необходимо применять дополнительное усиление. чтобы обеспечить достаточную глобальную обратную связь для поддержания низкого уровня искажений на низких уровнях.
Емкость затвора — Емкость затвор-исток может достигать 2 нФ (хотя чаще около 1,2 нФ). На низких частотах это не много, но заставляет схему привода очень сильно работать на высоких частотах.
Статическое повреждение — MOSFET, пока он не установлен в цепи с полной защитой, подвержен повреждениям от статического разряда. Необходимое напряжение и ток для уничтожения устройства обычно ниже порога чувствительности для человека.Некоторые устройства имеют встроенную (ограниченную) защиту.
Линейность — Большинство полевых МОП-транзисторов не очень линейны при малых токах, поэтому для низких искажений требуется более высокое значение покоя, чтобы гарантировать, что искажения кроссовера сведены к минимуму.

В некоторой степени все вышеперечисленное можно простить, когда вам действительно нужны возможности MOSFET. Свобода от второго выхода из строя и огромные текущие возможности полевых МОП-транзисторов не имеют себе равных ни в одном другом активном устройстве. С правильно спроектированной схемой возбуждения полевые МОП-транзисторы также очень быстрые и обладают характеристиками, которые, как правило, выше, чем у биполярных транзисторов.Это не очень полезно для аудио, но важно для переключения цепей.

В сочетании с положительным температурным коэффициентом, который может остановить тепловой разгон в линейной цепи (при соблюдении надлежащих мер предосторожности), полевой МОП-транзистор практически не поддается разрушению, при условии, что вы убедитесь, что напряжение затвора поддерживается ниже напряжения пробоя. Также важно поддерживать напряжение стока ниже указанного максимального значения.

Положительный температурный коэффициент может быть большим подспорьем в аудиосхемах, хотя он может быть проблемой при переключении источников питания, поскольку сопротивление при включении также увеличивается с температурой, а в импульсном источнике питания это может вызвать тепловой пробой ( в точности обратное биполярным транзисторам в этом приложении).

Предыдущая (Часть 2 — Биполярные транзисторы) Следующая (Часть 4 — Операционные усилители)

Указатель статей
Основной указатель

Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, но не ограничиваясь, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 1999. Воспроизведение или повторная публикация любыми способами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены. в соответствии с международными законами об авторском праве.Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только для личного использования, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Силовые полевые МОП-транзисторы | Журнал Nuts & Volts

ЧАСТЬ 1: ТЕОРИЯ

Полевые МОП-транзисторы

(металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы) обладают множеством приятных особенностей, которые, кажется, упускаются из виду.В следующих двух выпусках мы рассмотрим эти полезные устройства и покажем, как их можно использовать для создания: 1) простой бестрансформаторный удвоитель напряжения, который может подавать ток в амперах; и 2) источник постоянного тока на 20 А. Базовая стоимость запчастей составит около 15 долларов на каждый проект.

Основы силового MOSFET

Полевые МОП-транзисторы

(HEXFET — это торговая марка International Rectifier для их продуктов) обычно используются в приложениях для переключения мощности и классифицируются как транзисторы.У них есть три вывода, как у транзисторов, но они представляют собой устройства с входом и выходом с напряжением. Это потому, что ворота полностью изолированы от остальной части устройства. Никакой значительный постоянный ток не может течь от затвора ни к истоку, ни к стоку. Вместо этого заряд затвора влияет на проводимость между стоком и истоком. Это похоже на то, что заряд одной пластины конденсатора воздействует на другую пластину. Обычно примерно восемь вольт полностью включат устройство. Во включенном состоянии деталь демонстрирует низкое сопротивление без какого-либо нелинейного прямого падения напряжения, как это наблюдается в биполярных транзисторах.Современные полевые МОП-транзисторы могут иметь сопротивление менее 10 миллиом.

Небольшая математика показывает, что это устройство может выдерживать 10 ампер с преобразованием одного ватта в отходящее тепло (мощность = ток2 x сопротивление). Поскольку многие полевые МОП-транзисторы поставляются в корпусах TO-220, в этом случае радиатор не требуется. Итак, если напряжение составляет 100 вольт при 10 ампер, тогда 1000 ватт мощности переключаются с потерей только одного ватта. Это 99,9% энергоэффективности. IRFB-4410 имеет эти характеристики и стоит около 4,50 долларов. Это довольно дорого для силового MOSFET.

Сопротивление в выключенном состоянии настолько велико, что обычно не указывается в даташите. Вместо этого они обычно определяют напряжение пробоя, когда через деталь протекает ток 250 мА. Для большинства практических целей силовой полевой МОП-транзистор можно рассматривать как переключатель: он либо включен, либо выключен. (В следующий раз мы рассмотрим линейные приложения / приложения без переключения.)

Однако ключевым моментом является то, что требуется некоторое время, чтобы перейти от очень высокого сопротивления к очень низкому сопротивлению. Это время переключения определяет эффективность системы и вскоре будет рассмотрено более подробно.

MOSFET

бывают двух видов: P-канальный и N-канальный. Однако из-за задействованной физики типы P-канала не могут соответствовать низкому сопротивлению типа N-канала. По этой причине доступно гораздо больше N-канальных деталей по более низкой цене. В большинстве проектов будет использоваться N-канальное устройство, даже если это потребует дополнительных усилий. Части P-канала не часто встречаются, за исключением специальных приложений.

В отличие от биполярных транзисторов, полевые МОП-транзисторы имеют положительный температурный коэффициент.Это означает, что их сопротивление возрастает с повышением температуры. Это может быть чрезвычайно полезно. По мере того, как они нагреваются, они больше препятствуют прохождению тока, что способствует стабилизации системы. Биполярные транзисторы пропускают больший ток по мере их нагрева. Этот увеличенный ток нагревает их больше, так что они пропускают больше тока, что еще больше увеличивает их тепло и так далее, и так далее. Это также называется тепловым разгоном. Когда это происходит, транзистор обычно теряется — возможно, вместе с дополнительным повреждением на выходе.

Положительный температурный коэффициент означает, что параллельное соединение идентичных полевых МОП-транзисторов для получения дополнительной мощности относительно просто. Если одно устройство становится слишком горячим, его повышенное сопротивление автоматически подталкивает избыточный ток к другим частям. Фактически, именно так делаются силовые полевые МОП-транзисторы. Сотни или даже тысячи крошечных полевых МОП-транзисторов, соединенных параллельно, образуют устройство высокой мощности.

Использование МОП-транзисторов

Во-первых, то, что они являются продуктами питания, не означает, что они невосприимчивы к статическому электричеству.В частности, затвор изолирован от истока и стока невероятно тонким слоем изолирующего оксида. Если этот слой пронизан электростатическим разрядом (ESD), это может серьезно повлиять на работу детали. Скачки напряжения выше номинального напряжения затвора — из-за плохой компоновки платы или схемы — также следует избегать по той же причине.

Ключевой концепцией использования полевых МОП-транзисторов является то, что напряжение на затворе регулирует сопротивление между истоком и стоком. Для работы на постоянном токе реальный ток не требуется.Это видно на Рисунок 1 .

РИСУНОК 1. Для включения и выключения полевого МОП-транзистора практически ничего не требуется. Здесь диоды с обратным смещением работают с током около 10 нА. Вольтметр показывает ноль, когда полевой МОП-транзистор включен / проводит ток.

Здесь для подачи напряжения затвора используются диоды с обратным смещением. В этом случае ток через обратносмещенный 1N4148 оценивается примерно в 10 наноампер. Итак, вы можете видеть, что включение или выключение силового MOSFET не занимает много времени.Если вы на самом деле попробуете , рис. 2, , вы увидите, что для перехода от выключенного состояния к включенному и наоборот требуется несколько секунд. Это может занять гораздо больше времени, если деталь долгое время находилась в одном состоянии. Обратите внимание, что измеритель показывает ноль вольт, когда часть находится в проводящем состоянии или «включено».

РИСУНОК 2. Привод нижней стороны (рис. 2A, слева ) по сравнению с приводом верхней стороны (, рис. 2B, справа ) определяется тем, к какой шине источника питания подключен полевой МОП-транзистор.

Причина, по которой для переключения требуется время, заключается в том, что все эти параллельные и изолированные вентили действуют как пластина конденсатора.Вероятно, наиболее важной характеристикой затвора является его емкость. Для IRF540, показанного на рис. 1 (который стоит около 0,75 доллара США), сопротивление во включенном состоянии составляет 0,077 Ом, а емкость затвора составляет 1500 пФ. Как правило, чем ниже сопротивление во включенном состоянии, тем больше входная емкость. В этом есть смысл. Чтобы получить более низкое сопротивление, вам нужно подключить несколько крошечных устройств параллельно. Это означает больше ворот и большую площадь ворот. Эта увеличенная площадь поверхности затвора приводит к большей емкости.

Это подводит нас к основной практической проблеме использования силовых полевых МОП-транзисторов. Чтобы включить или выключить устройство, вам необходимо быстро зарядить и разрядить затвор / конденсатор. Если вы этого не сделаете, он будет проводить значительное время в линейной области и рассеивать большое количество тепла. Следовательно, для быстрого включения и выключения необходимо обеспечить цепь с очень низким сопротивлением. Это связано с тем, что затвор / конденсатор и сопротивление привода объединяются, чтобы создать RC-цепь.

Эта RC-сеть определяет, насколько быстро деталь может изменить состояние.Это подводит нас к извращенным характеристикам привода полевого МОП-транзистора. Хотя для включения и выключения устройства практически не требуется постоянного тока, для быстрой зарядки и разрядки затвора требуется значительный импульсный ток. Для очень быстрого переключения часто требуются сотни миллиампер или более. Сами полевые МОП-транзисторы могут переключаться очень быстро — часто за 20 нс. Для этого требуется мощный удар по воротам.

Другие соображения

Прежде чем перейти к деталям привода, важно упомянуть еще несколько моментов.Силовые полевые МОП-транзисторы часто используются в системах управления двигателями. Они могут быть идеальными для этого. Однако совершенно необходимо помнить и проектировать индуктивную отдачу. При высоком напряжении и токе эти всплески могут быть разрушительными для вашей цепи. Они слишком сложны, чтобы описывать их здесь, поэтому обратитесь за инструкциями к примечаниям производителя по применению. Это то, что они подробно изучили.

Затем есть точка отвода тепла. Использование этих деталей на высокой мощности, безусловно, может привести к выработке большого количества ватт энергии.Многие детали рассчитаны на рассеяние мощности до 150 Вт. Опять же, обсуждение терморегулирования слишком сложно. См. Техническое описание и указания производителя по применению.

Перегрузка ворот может значительно сократить ожидаемый срок службы детали. Например, таблица данных IR показывает, что 99% типичных деталей IRF540 прослужат около 100000000000 часов (11,4 миллиона лет) с приводом затвора на восемь вольт (при температуре 150 градусов по Фаренгейту). Привод ворот с напряжением 20 вольт сокращает время до 1000000 часов (114 лет).

Требуемая скорость привода зависит от области применения. Если вы просто включаете и выключаете нагрузку каждую секунду или около того, не имеет особого значения, переключается ли MOSFET через 50 нс или 50 мс. В любом случае количество выделяемого тепла (и потери энергии) во время перехода составляет крошечную долю. Однако, если вы переключаетесь на 100 кГц, время перехода 50 мс просто не сработает. Даже время перехода в 1 мс на частоте 100 кГц означает, что полевой МОП-транзистор находится в линейной области 10% от общего времени.Это вызовет выделение значительного количества тепла и одновременное снижение эффективности. Высокая скорость переключения — особенно в источниках питания — важна, поскольку позволяет использовать конденсаторы и катушки индуктивности меньшей емкости. Это экономит деньги, место и вес.

Низкое движение

Самая простая и наиболее распространенная схема называется «управление нижним порогом» (см. , рис. 2A, ). ( Обратите внимание, мы в основном ограничимся обсуждением N-канальных устройств для краткости и простоты.) В этом случае полевой МОП-транзистор подключается непосредственно к земле. Привод высокого напряжения (, рис. 2B, ) помещает нагрузку на землю, и полевой МОП-транзистор подключается к источнику питания. Чтобы включить полевой МОП-транзистор нижнего уровня, все, что вам нужно сделать, это поднять затвор примерно на восемь вольт над землей. Заземление ворот отключает их.

Можно использовать сигналы логического уровня TTL на пять вольт (также известные как микропроцессор) для непосредственного управления полевым МОП-транзистором. Однако это не включит устройство полностью. Тем не менее, часто этого бывает достаточно.Для IRF540 привод затвора на пять вольт позволяет переключать примерно 10 ампер (обычно) вместо указанных 28 ампер. Итак, если вашему приложению не требуется полная мощность детали, сигналы TTL могут работать. Вы всегда можете использовать часть с «открытым коллектором», которая позволяет поднять логический выход выше пяти вольт. Кроме того, существуют специальные полевые МОП-транзисторы, которые предназначены для работы с пятивольтовым затвором. Естественно, они более дорогие, но они могут иметь смысл, учитывая дополнительные расходы и сложность разработки схемы управления затвором с более высоким напряжением.Обычно они идентифицируются как устройства «логического уровня».

Логика

CMOS имеет то преимущество, что она может без проблем работать от восьми вольт и более. Однако они ужасны, когда дело доходит до управляющего тока — даже с параллельными выходами. Обычно они выдают всего несколько мА на один выход. Таким образом, сложно управлять затвором MOSFET на высокой скорости. Однако многим приложениям не требуется высокоскоростное переключение.

Таймер 555 неплохо работает как драйвер. Обязательно используйте биполярную деталь (NE555), а не деталь CMOS (xxC555) (см. Фото 1 и 2 ).

ФОТО 1. Биполярный таймер 555 (Texas Instruments NE555) включает и выключает полевой МОП-транзистор примерно за 50 нс.

ФОТО 2. Таймеру CMOS 555 (Texas Instruments TLC555) требуется около 800 нс для включения полевого МОП-транзистора, что примерно в 16 раз дольше, чем у биполярной версии. Время выключения около 50 нс.

Вы также можете использовать множество схем на дискретных транзисторах. Это могут быть одинарные транзисторные драйверы, как показано на рис. 3 .

РИСУНОК 3. Типичный драйвер нижнего уровня. Время включения определяется подтягивающим резистором. Время выключения довольно быстрое.

Недостатком этой конструкции является то, что подтягивающий резистор ограничивает ток, поэтому скорость включения ниже скорости выключения. Конструкция тотемного столба (, рис. 4, ) может быть очень эффективной. Вы также можете использовать конструкцию NPN / PNP, чтобы исключить необходимость в инверторе.

РИСУНОК 4. Драйвер с тотемной стойкой обеспечивает быстрое и симметричное время включения и выключения. Конструкция PNP / NPN может устранить необходимость в инверторе.

Наконец, существуют специальные микросхемы, обычно называемые «драйверы затвора нижнего плеча», которые обеспечивают высокий ток для очень быстрого переключения. Если вы чувствуете потребность в скорости, вероятно, это лучший вариант. Они стоят доллар или около того, но устраняют практические проблемы проектирования и тестирования схем. Естественно, есть драйверы затвора верхней стороны, драйверы затвора полумоста и драйверы затвора полного моста. Таблица 1 содержит сводку типичных скоростей привода, измеренных при нагрузке, а не на воротах. (Обратите внимание, что измерение драйвера затвора в 175 нс является подозрительно медленным. Возможно, это связано с моим простым испытательным стендом. Измерения схемы удвоителя напряжения показали симметричную скорость переключения 50 нс. Он рассчитан на 15 нс / 1000 пФ.)

ТАБЛИЦА 1. Сводная информация о приводе нижней стороны (время измеряется при нагрузке).

Контур	Время выключения	Время включения	Комментарии (10 В D-S с нагрузкой 100 мА)
TTL ‘LS04	500 нСм	100000 нСм	Не могу ехать полностью.Доступны части логического уровня.
TTL / подтяжка	200 нСм	3000 нСм	Скорость ограничена подтягивающим резистором 1K. (74145)
КМОП	8000 нСм	1000 нСм	Очень медленно, но включается полностью. Легкий. (CD4069)
КМОП x 6	2,000 нСм	400 нСм	Лучше, чем указано выше, но все же медленнее. (CD4069)
NE555	175 нСм	60 нСм	Биполярный — хороший, CMOS — плохой.( фото 1 и 2 )
Сдержанный	400 нСм	2,500 нСм	Скорость ограничена подтягивающим резистором 1 кОм. ( Рисунок 4 )
Тотемный столб	175 нСм	150 нСм	Очень хорошо. ( Рисунок 5 )
Драйвер	175 нСм	50 нСм	Лучшая скорость (см. Текст). (LM5109B)

Вождение с высокой стороны

Приведение в движение N-канальной детали со стороны высокого давления может быть затруднительным (см. , рис. 2, ).Для включения затвор должен быть примерно на восемь вольт выше напряжения источника. Однако из-за очень низкого сопротивления во включенном состоянии между стоком и истоком очень мало падения напряжения. Таким образом, напряжение на выводе истока часто очень близко к VCC. Итак, для включения устройства вам может потребоваться напряжение на затворе выше VCC.

Есть несколько способов обойти эту проблему. Первый — построить умножитель напряжения. Очевидно, это не изящное решение. Компонент с P-каналом может быть здесь простым решением, несмотря на более высокую стоимость и более низкую производительность. Рисунок 5 показывает типичное подключение. Обратите внимание, что источник подключен к положительному напряжению. В этой конфигурации устройство P-канала будет включаться с напряжением затвора на восемь вольт ниже истока. Таким образом, если VCC / источник составляет 10 вольт, деталь начнет проводить, когда затвор упадет примерно до семи вольт, и будет полностью включен при двух вольтах, или на восемь вольт ниже напряжения источника.

РИСУНОК 5. Устройство с P-каналом может быть довольно легко использовано в конфигурации высокого уровня.Деталь полностью включается, когда напряжение затвора примерно на восемь вольт ниже истока. Обратите внимание, что источник подключен к положительной шине питания.

Если вы постоянно включаете и выключаете нагрузку менее чем за секунду или около того, есть другой подход, который можно использовать с N-канальными компонентами. Это называется начальной загрузкой и показано на рис. 6 .

РИСУНОК 6. Эта конструкция начальной загрузки увеличивает напряжение затвора, но очень медленно… время включения около 30 мс. Повышение напряжения определяется соотношением R1 и R2. R1 имеет тенденцию понижать любое напряжение затвора до пяти вольт.

Это модифицированная схема, описанная в Руководстве по приложениям Siliconix MOSPOWER. Концептуальный дизайн схемы тонкий, но довольно простой. Когда транзистор включен, на затворе полевого МОП-транзистора устанавливается низкий уровень, и конденсатор заряжается до VCC (10 вольт) через изолирующий диод. Когда транзистор выключен, напряжение затвора увеличивается до VCC из-за заряженного конденсатора (в основном через R2 и R3).Поскольку полевой МОП-транзистор выключен, напряжение на выводе истока понижается через нагрузку. Это означает, что напряжение затвора намного выше напряжения на выводе истока, и полевой МОП-транзистор начнет проводить. Когда это происходит, конденсатор действует как источник напряжения последовательно с выводом истока. Таким образом, любое напряжение на выводе истока добавляется через конденсатор к затвору. (Отрицательная сторона конденсатора подталкивается возрастающим напряжением на выводах истока, которое подталкивает положительную сторону на равную величину.) Фактически, часть подтягивает напряжение затвора вверх за счет собственных загрузочных ремней.

Естественно теория и практика разные. Конденсатор должен быть как минимум в 10 раз больше емкости затвора. В большинстве случаев подойдет 0,1 мкФ. Диод любого типа с соответствующим номинальным напряжением. Резисторы R1 и R2 — сложные компоненты.

Подтягивающий резистор (R1) определяет, насколько велико увеличение напряжения. Это потому, что он подключает привод затвора к источнику питания пять вольт. Любое напряжение выше пяти вольт будет понижено до пяти вольт через этот резистор.Обратите внимание, что этот резистор не всегда может быть виден. Например, таймер 555 (подключенный к R2-R3) может подавать 100 мА для эквивалентного сопротивления подтяжки около 50 Ом (при пяти вольт). Очевидно, резистор 10 кОм превышает пять вольт на любую значительную величину.

Как показано на рис. 6 , значение 10K для R2 подает только 10 вольт (относительно земли) на затвор, чего недостаточно, если источник также находится на 10 вольт. Если R2 увеличить до 100 кОм, на затвор будет подано более 17 вольт, что, вероятно, нормально для большинства приложений с IRF540.Обратите внимание, что время включения также контролируется R2 (время выключения контролируется R3). Зарядка затвора 1500 пФ через 100K занимает около 30 мс для включения устройства (измерено). Итак, вы выбираете компромисс между скоростью и напряжением. Общее практическое правило состоит в том, что R2 должно быть примерно 1/10 эквивалентного подтягивающего резистора R1.

Резистор R3 контролирует время выключения и включен в основном для полноты картины. Часто показан последовательный резистор затвора. Это не обязательно. Как показано, время выключения составляет около 2 мс.Если R3 заменить проводом, время выключения упадет примерно до 500 нс.

Эти проблемы могут быть устранены путем использования схемы транзистора с открытым коллектором, которая показана на , рис. 7, .

РИСУНОК 7. Использование конструкции с открытым коллектором исключает подтягивающий резистор и резистор затвора. Скорость переключения намного выше, чем на рисунке 6. Время включения составляет около 4 мс.

В этом случае нет подключения к источнику питания на пять вольт, поэтому нет проблем с понижением напряжения.Это исключает R1 и позволяет использовать резистор гораздо меньшего размера для R2. Этот резистор теперь выбран для ограничения тока в транзисторе до безопасного уровня (100 мА, как показано). Резистор R3 тоже можно исключить. Эта схема обеспечивает около 18 вольт на затвор, а время переключения составляет около 4 мс для включения и 500 нс для выключения.

Однако, если вы хотите использовать высокочастотную N-канальную часть, вам действительно стоит подумать об использовании микросхемы драйвера. LM5109B стоит всего около 1,60 доллара и управляет полевым МОП-транзистором с верхней и нижней стороны в полумостовой конфигурации.Он рассчитан на 90 В (на полевой МОП-транзистор) и может включать и выключать их за 15 нс с емкостью затвора 1000 пФ. Учитывая время и усилия, потраченные на создание собственного высокочастотного динамика, это неплохая сделка. Также доступно множество других деталей.

Заключение

На этот раз мы посмотрели на силовые полевые МОП-транзисторы и обнаружили, что они обладают некоторыми очень полезными атрибутами. Они дешевы и мощны, и их довольно легко реализовать. Естественно, помимо теории есть и практические соображения.

В следующий раз построим два проекта. Первый — это бестрансформаторный высоковольтный удвоитель напряжения, использующий полную мостовую схему, которая имеет много других полезных применений (например, управление двигателем). Второй — это линейный источник питания с постоянным током, способный обеспечить 20 ампер и более. NV

Что такое полевой транзистор? — Блог Fusion 360

Полевой транзистор (FET) — это трехконтактный активный полупроводниковый прибор, в котором выходной ток регулируется электрическим полем, создаваемым входным напряжением.Полевые транзисторы также известны как униполярные транзисторы, потому что, в отличие от биполярных транзисторов, полевые транзисторы имеют либо электроны, либо дырки, работающие в качестве носителей заряда. Полевой транзистор использует напряжение, приложенное к его входной клемме (называемой затвором), для управления током, протекающим от истока к стоку, что делает полевой транзистор устройством, управляемым напряжением.

Полевые транзисторы

широко используются в интегральных схемах (ИС) из-за их компактных размеров и значительно более низкого энергопотребления. Кроме того, полевые транзисторы также используются в коммутационных устройствах высокой мощности, в качестве резисторов с переменным напряжением (VVR) в операционных усилителях (операционных усилителях), регуляторах тембра и т. Д., для работы микшера на FM- и ТВ-приемниках и в логических схемах.

Психический обзор

Полевой транзистор имеет четыре терминала с именами «Источник», «Сток», «Затвор» и «Корпус».

Источник : Источник — это терминал, через который основные носители заряда вводятся в полевой транзистор.
Дренаж : Дренаж — это вывод, через который большинство носителей заряда выходят из полевого транзистора.
Затвор : Вывод затвора формируется путем диффузии полупроводника N-типа с полупроводником P-типа.Это создает сильно легированную область PN-перехода, которая контролирует поток носителя от истока к стоку.
Корпус : Это основа, на которой построен полевой транзистор. В дискретных приложениях он внутренне привязан к выводу источника, что позволяет полностью игнорировать его эффекты. Однако в интегральных схемах этот вывод обычно подключается к наиболее отрицательному источнику питания в схеме NMOS (наиболее положительному в схеме PMOS), поскольку он используется многими транзисторами. Тщательные соединения и конструкция имеют решающее значение для поддержания производительности полевого транзистора, когда задействовано соединение Body.

Канал : это область, в которой большинство несущих проходят от терминала истока к терминалу стока.

Классификация полевых транзисторов

Полевые транзисторы

подразделяются на полевые транзисторы (JFET) и полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник (MOSFET).

JFET (переходно-полевой транзистор)

Junction Field Effect Transistor (JFET) — это самый ранний тип полевых транзисторов.Ток течет по активному каналу между истоками к клеммам стока. Напряжение, приложенное между затвором и истоком, управляет потоком электрического тока между истоком и стоком полевого транзистора. При приложении напряжения обратного смещения к выводу затвора канал напрягается, поэтому электрический ток полностью отключается. Вот почему полевые транзисторы JFET упоминаются как «нормально включенные» устройства. Транзисторы JFET доступны как в N-канальном, так и в P-канальном исполнении.

N-канальный JFET

В N-канальном JFET канал легирован донорными примесями, что делает его полупроводником N-типа.Следовательно, ток через канал отрицателен в виде электронов. Отсюда и название N-канальный JFET. Две подложки P-типа, легированные с противоположных сторон от его средней части. Таким образом, два PN-перехода образованы этими сильно легированными областями P-типа и каналом N-типа между ними. Вывод затвора (G) подключается внутри к обоим клеммам P-типа, а выводы стока (D) и истока (S) подключаются к любому концу канала N-типа.

Как это работает?

Когда на вывод затвора не подается напряжение, канал становится широко открытым путем для прохождения электронов.Следовательно, максимальный ток протекает от истока к выводу стока. Величина протекающего тока определяется разностью потенциалов между выводами истока и стока и внутренним сопротивлением канала.

Но происходит обратное, когда на вывод затвора подается отрицательное напряжение по отношению к выводу истока, что приводит к обратному смещению P-N перехода. В канале создается область истощения, которая сужает канал, увеличивая сопротивление канала между истоком и стоком, и ток становится меньше.

П-канальный полевой транзистор

Аналогичным образом, в JFET с P-каналом канал легирован акцепторными примесями, что делает его полупроводником P-типа. Следовательно, поток тока через канал является положительным в виде отверстий. Отсюда и название P-channel JFET. Противоположная сторона канала сильно легирована подложками N-типа. Как и в N-канальном JFET, вывод затвора формируется путем соединения областей N-типа с обеих сторон. Клеммы истока и стока взяты с двух других сторон канала.

Принцип работы также аналогичен N-канальному JFET. Единственное отличие состоит в том, что вам необходимо обеспечить положительное напряжение затвора к источнику, чтобы выключить его. Однако N-канальный JFET имеет более высокую проводимость по току из-за более низкого сопротивления канала, чем их эквивалентные типы P-каналов, поскольку электроны имеют более высокую подвижность через проводник по сравнению с дырками. Это делает N-канальный JFET более эффективным, чем их аналоги с P-каналом.

Характеристики

Здесь JFET смещен через источник постоянного тока, который будет управлять VGS JFET.Мы можем контролировать приложенное напряжение на клеммах стока и источника, изменяя VGS. Оттуда мы можем построить кривую ВАХ полевого транзистора.

Выходные характеристики полевого транзистора показаны между током стока (ID) и напряжением сток-исток (VDS) при постоянном напряжении затвор-исток (VGS), как показано на следующем рисунке.

Область отсечки — это область, в которой JFET выключен, что означает отсутствие тока стока, ID течет от стока к истоку.
Омическая область — В этой области JFET начинает показывать некоторое сопротивление току стока, ID, который начинает течь от стока к истоку. Ток, протекающий через полевой транзистор, линейно пропорционален приложенному напряжению.
Область насыщения — Когда напряжение сток-исток достигает такого значения, что ток, протекающий через устройство, является постоянным с напряжением сток-исток и изменяется только с напряжением затвор-исток, устройство считается находящимся в состоянии насыщения. область, край.
Область пробоя — Когда напряжение сток-исток, VDS превышает максимальное пороговое значение, что вызывает пробой области истощения, JFET теряет способность противостоять току, и ток стока неограниченно увеличивается.

MOSFET (Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник)

Металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы, также известные как MOSFET, имеют большее значение и являются наиболее полезным типом среди всех транзисторов.МОП-транзистор имеет четыре вывода: сток, исток, затвор и корпус или подложку. MOSFET также является транзистором, управляемым напряжением, но основное различие между JFET и MOSFET заключается в том, что он имеет металлооксидный электрод затвора, который электрически изолирован от основного токоведущего канала между стоком и истоком очень тонким слоем. из изоляционного материала, обычно диоксида кремния, широко известного как стекло.

Трек образован с использованием двух сильно легированных зон N-типа, рассеянных в слаболегированной подложке P-типа.Эти две области N-типа известны как сток и исток, а область P-типа называется подложкой. Изоляция управляющего затвора делает входное сопротивление полевого МОП-транзистора чрезвычайно высоким по шкале мегаомов (МОм), тем самым делая его почти бесконечным. Таким образом, ток не может течь в ворота.

Как это работает?

Основной принцип устройства MOSFET заключается в том, чтобы иметь возможность управлять напряжением и током между выводами истока и стока, используя напряжение, приложенное к выводу затвора.Поверхность полупроводника в нижнем оксидном слое, который расположен между выводами истока и стока, может быть инвертирован из p-типа в n-тип путем приложения либо положительного, либо отрицательного напряжения затвора, соответственно. Когда мы прикладываем силу отталкивания к положительному напряжению затвора, то дырки, находящиеся под оксидным слоем, толкаются вниз вместе с подложкой. Область обеднения населена связанными отрицательными зарядами, которые связаны с атомами акцептора. Когда достигаются электроны, развивается канал.Положительное напряжение также притягивает электроны из n + областей истока и стока в канал. Теперь, если между стоком и истоком приложено напряжение, ток свободно течет между истоком и стоком, а напряжение затвора управляет электронами в канале. Если вместо положительного напряжения приложить отрицательное напряжение, под слоем оксида образуется отверстие.

Типы полевых МОП-транзисторов

Широко используются два полевых МОП-транзистора:

1.MOSFET истощения:

МОП-транзистор в режиме истощения аналогичен разомкнутому переключателю. В этом режиме напряжение затвора в источник (VGS) применяется для выключения устройства. Когда напряжение затвора отрицательное, в канале накапливаются положительные заряды. Это вызывает область истощения в канале и предотвращает протекание тока. Таким образом, поскольку на протекание тока влияет формирование обедненной области, он называется истощенным MOSFET.

2.Расширение MOSFET:

MOSFET режима улучшения аналогичен переключателю включения. В этом режиме для включения устройства применяется напряжение затвор-исток (VGS). Когда отрицательное напряжение подается на вывод затвора полевого МОП-транзистора, отверстия, несущие положительный заряд, накапливаются рядом с оксидным слоем, образуя канал от истока к выводу стока. По мере того, как напряжение становится все более отрицательным, ширина канала увеличивается и ток увеличивается; поэтому он называется улучшенным MOSFET.

Кроме того, типы истощения и расширения подразделяются на типы N-канал и P-канал .

1.N-канальный полевой МОП-транзистор :

N-канальный полевой МОП-транзистор имеет канал N-типа между истоком и стоком. Здесь выводы истока и затвора сильно легированы полупроводником N-типа, а подложка легирована полупроводниковым материалом P-типа. Следовательно, ток между истоком и стоком происходит из-за электронов.А протекание тока контролируется напряжением на затворе.

2.P-канальный полевой МОП-транзистор:

Аналогично, P-канальный MOSFET имеет канал P-типа между истоком и стоком. Здесь выводы истока и затвора сильно легированы полупроводником P-типа, а подложка легирована полупроводниковым материалом N-типа. Следовательно, ток между истоком и стоком происходит из-за дыр. А протекание тока контролируется напряжением на затворе.

Характеристики

В целом, полевой МОП-транзистор работает в основном в трех регионах, а именно:

Область отсечки:
В области отсечки полевой МОП-транзистор остается выключенным, поскольку в этой области нет тока.Здесь MOSFET ведет себя как разомкнутый переключатель и, таким образом, используется, когда они должны функционировать как электронные переключатели.
Омическая область:
В омической или линейной области ток сток-исток увеличивается с увеличением напряжения между стоком и истоком. Когда в этой области работают полевые МОП-транзисторы, их можно использовать в качестве усилителей.
Область насыщения:
В этой области значение тока от стока к истоку остается постоянным без учета увеличения напряжения между стоком и истоком.Это происходит только один раз, когда напряжение на стоке к выводу истока увеличивается больше, чем напряжение отсечки. В этом случае устройство будет работать как замкнутый переключатель. Поэтому эта рабочая область используется всякий раз, когда требуются полевые МОП-транзисторы для выполнения операций переключения.

Приложения

MOSFET как переключатель

МОП-транзисторы

используются во многих различных приложениях. Они широко известны своими коммутационными характеристиками. Как мы видели ранее, N-канальный MOSFET в режиме улучшения имеет очень высокое входное сопротивление и работает от положительного входного напряжения.Это позволяет нам переключать нагрузки с высоким током или высоким напряжением, используя сигнал относительно низкого логического уровня. В следующем примере мы будем использовать N-канальный МОП-транзистор в режиме улучшения для включения и выключения простой лампы.

Как видите, в этой схеме мы хотим переключить лампу на 12 В с помощью логического сигнала 5 В. Мы подключили положительную клемму лампы к источнику питания 12 В, а другой конец — к клемме стока полевого МОП-транзистора. Клемма источника подключена к GND. Сопротивление затвора к истоку (RGS) используется для предотвращения любого внешнего шума на выводе затвора.

Когда напряжение не подается, лампа остается в выключенном состоянии. Если мы подадим положительное входное напряжение (VGS) на вывод затвора полевого МОП-транзистора, лампа включится и останется включенной до тех пор, пока мы не удалим входной сигнал или не подадим отрицательное входное напряжение. Затем лампа погаснет.

Усилитель MOSFET

MOSFET или eMOSFET в режиме расширения требует минимального напряжения затвор-исток, называемого пороговым напряжением (VTH), которое должно быть приложено к затвору, чтобы он начал протекать ток от стока к истоку (VDS).По мере увеличения прямого смещения затвора ток сток-исток (IDS) также будет увеличиваться, что делает eMOSFET идеальным для использования в схемах усилителя MOSFET.

Эта простая конфигурация усилителя MOSFET в режиме улучшения с общим истоком использует одиночный источник питания на выводе стока для генерации необходимого напряжения затвора (VG) с использованием резистивного делителя на резисторах R1 и R2. Сеть резисторов создает необходимую схему смещения для работы в области насыщения. Нам также понадобятся резистор стока и истока и емкости связи.Значения R1 и R2 обычно большие, чтобы увеличить входное сопротивление усилителя и уменьшить омические потери мощности. Конденсаторы связи C1 и C2 изолируют напряжение смещения постоянного тока от сигнала переменного тока, который необходимо усилить. На изображении выше небольшой сигнал переменного тока (VGS) подается на затвор полевого МОП-транзистора, что приводит к колебаниям тока стока, синхронному с приложенным входным переменным током.

Драйвер мотора H-моста

H-мост — это конфигурация схемы, обычно используемая для управления скоростью и направлением щеточного двигателя постоянного тока.Как мы видели ранее, используя полевой МОП-транзистор, мы можем легко контролировать скорость двигателя. Но это работает только в одном направлении. Чтобы сделать его двунаправленным, нам нужно подключить 4 полевых МОП-транзистора таким образом, чтобы он мог одновременно переключать как верхнюю, так и низкую стороны.

При активации одной пары (диагонально противоположных) полевых МОП-транзисторов двигатель видит, что ток течет в одном направлении, а когда активируется другая пара, ток через двигатель меняет направление. Срабатывание как нижнего, так и верхнего полевых МОП-транзисторов (но никогда вместе) прерывает ток и останавливает двигатель.

Затворы полевого МОП-транзистора с N-каналом обычно подтягиваются понижающим резистором, а затворы полевого МОП-транзистора с P-каналом поднимаются высоко. Это приводит к тому, что полевые МОП-транзисторы с каналом P и N отключаются; следовательно, ток не может течь. Когда сигнал PWM подается на затворы полевого МОП-транзистора, полевые МОП-транзисторы с каналом N и P попеременно включаются и выключаются, контролируя мощность.

_____

Технология полевых транзисторов может использоваться в различных областях электроники, где биполярные транзисторы не подходят.Полевой транзистор имеет очень высокое входное сопротивление и является устройством, управляемым напряжением; они, возможно, являются наиболее широко используемым активным устройством. Поскольку они используются в CMOS и других технологиях интегральных схем, где потребляемая мощность является решающим фактором, полевые МОП-транзисторы обеспечивают работу с очень низким энергопотреблением. МОП-транзистор также можно использовать в качестве переключателя для управления большими нагрузками, такими как лампы или двигатели большой мощности. ШИМ-сигналы от внешнего источника, такого как микроконтроллер, используются для управления проводимостью транзистора. Соответственно, полевой МОП-транзистор включается или выключается, таким образом поддерживая яркость лампы или скорость двигателя.

Вы уже знакомы с электронными возможностями Fusion 360? Fusion 360 предлагает доступ к комплексным средствам проектирования электроники и печатных плат на одной платформе разработки продуктов в облаке. Попробуйте сами сегодня.

Работа в активном режиме (JFET) | Переходные полевые транзисторы

JFET

, как и биполярные транзисторы, могут «дросселировать» ток в режиме между отсечкой и насыщением, который называется активным режимом .Чтобы лучше понять работу JFET, давайте настроим SPICE-симуляцию, аналогичную той, которая использовалась для изучения основной функции биполярного транзистора:

Spice Моделирование работы JFET

jfet Simulation vin 0 1 dc 1 j1 2 1 0 mod1 vammeter 3 2 dc 0 v1 3 0 dc .model mod1 njf .dc v1 0 2 0.05 .plot dc i (vammeter) .end

Обратите внимание, что транзистор, обозначенный на схеме «Q ₁», представлен в списке соединений SPICE как j1. Хотя все типы транзисторов обычно упоминаются в схемах как «Q» -устройства — точно так же, как резисторы обозначаются буквой «R», а конденсаторы — буквой «C», SPICE необходимо сообщить, какой это тип транзистора с помощью другое буквенное обозначение: q для биполярных переходных транзисторов и j для переходных полевых транзисторов.

Здесь управляющий сигнал представляет собой постоянное напряжение в 1 вольт, приложенное с отрицательной полярностью к затвору полевого транзистора и положительным полюсом к истоку полевого транзистора для обратного смещения PN перехода. В первом моделировании BJT главы 4 для управляющего сигнала использовался источник постоянного тока 20 мкА, но помните, что JFET — это устройство с регулируемым напряжением , а не устройство с регулируемым током, подобное биполярному переходному транзистору.

Как и BJT, JFET имеет тенденцию регулировать контролируемый ток на фиксированном уровне выше определенного напряжения источника питания, независимо от того, насколько высоко это напряжение может подняться.Конечно, это регулирование тока имеет ограничения в реальной жизни — ни один транзистор не может выдержать бесконечное напряжение от источника питания — и при достаточном напряжении сток-исток транзистор «сломается», и ток стока будет увеличиваться. Но в нормальных рабочих пределах JFET поддерживает постоянный ток стока независимо от напряжения источника питания. Чтобы проверить это, мы запустим еще одно компьютерное моделирование, на этот раз увеличив напряжение источника питания (V ₁) до 50 вольт:

jfet simulation vin 0 1 dc 1 j1 2 1 0 mod1 vammeter 3 2 dc 0 v1 3 0 dc.модель mod1 njf .dc v1 0 50 2 .plot dc i (вамметр) .end

Разумеется, ток стока остается стабильным на уровне 100 мкА (1.000E-04 ампер) независимо от того, насколько высокое напряжение источника питания установлено.

Поскольку входное напряжение контролирует сужение канала JFET, имеет смысл, что изменение этого напряжения должно быть единственным действием, способным изменить точку регулирования тока для JFET, точно так же, как изменение базового тока на BJT является единственным действие, способное изменить регулирование тока коллектора.Давайте уменьшим входное напряжение с 1 до 0,5 вольт и посмотрим, что произойдет:

jfet Simulation vin 0 1 dc 0,5 j1 2 1 0 mod1 vammeter 3 2 dc 0 v1 3 0 dc .model mod1 njf .dc v1 0 50 2 .plot dc i (vammeter) .end

Как и ожидалось, ток стока теперь больше, чем был в предыдущем моделировании. При меньшем напряжении обратного смещения, приложенном к переходу затвор-исток, область обеднения не такая широкая, как была раньше, тем самым «открывая» канал для носителей заряда и увеличивая ток стока.

Обратите внимание, однако, на фактическое значение этого нового значения тока: 225 мкА (2,250E-04 ампер). Последнее моделирование показало ток стока 100 мкА, и это было при напряжении затвор-исток 1 вольт. Теперь, когда мы уменьшили управляющее напряжение в 2 раза (с 1 В до 0,5 В), ток стока увеличился, но не в той же пропорции 2: 1! Давайте еще раз уменьшим напряжение затвор-исток еще в 2 раза (до 0,25 В) и посмотрим, что произойдет:

jfet моделирование vin 0 1 dc 0.25 j1 2 1 0 mod1 vammeter 3 2 dc 0 v1 3 0 dc .model mod1 njf .dc v1 0 50 2 .plot dc i (vammeter) .end

При напряжении затвор-исток, установленном на 0,25 В, вдвое меньшем, чем было раньше, ток стока составляет 306,3 мкА. Хотя это все еще увеличение по сравнению с 225 мкА по сравнению с предыдущим моделированием, оно не пропорционально изменению управляющего напряжения.

Чтобы лучше понять, что здесь происходит, мы должны запустить другой тип моделирования: тот, который поддерживает постоянным напряжение источника питания и вместо этого изменяет управляющий сигнал (напряжение).Когда такое моделирование выполнялось на BJT, результатом был прямолинейный график, показывающий, насколько линейна зависимость входного тока / выходного тока BJT. Давайте посмотрим, какие отношения демонстрирует JFET:

jfet Simulation vin 0 1 dc j1 2 1 0 mod1 vammeter 3 2 dc 0 v1 3 0 dc 25 .model mod1 njf .dc vin 0 2 0.1 .plot dc i (vammeter) .end

Это моделирование непосредственно выявляет важную характеристику полевого транзистора с переходным эффектом: влияние напряжения затвора на ток стока является нелинейным.Обратите внимание на то, что ток стока не уменьшается линейно при увеличении напряжения затвор-исток. В случае биполярного переходного транзистора ток коллектора был прямо пропорционален базовому току: выходной сигнал был пропорционален входному сигналу. Не так с JFET! Управляющий сигнал (напряжение затвор-исток) все меньше и меньше влияет на ток стока по мере приближения к отсечке. В этом моделировании большая часть управляющего воздействия (75 процентов уменьшения тока стока — с 400 мкА до 100 мкА) происходит в пределах первого вольта напряжения затвор-исток (от 0 до 1 вольт), в то время как оставшиеся 25 процентов стока Для уменьшения тока требуется еще один входной сигнал на целый вольт.Отсечка происходит при входном напряжении 2 В.

Линейность обычно важна для транзистора, потому что она позволяет ему точно усиливать форму волны, не искажая ее. Если транзистор имеет нелинейное усиление на входе / выходе, форма входного сигнала каким-либо образом будет искажена, что приведет к возникновению гармоник в выходном сигнале. Единственная временная линейность не важна в транзисторной схеме — это когда она работает в крайних пределах отсечки и насыщения (выключено и включено, соответственно, как переключатель).

Характеристическая кривая
JFET
Характеристические кривые
JFET демонстрируют то же поведение регулирования тока, что и BJT, а нелинейность между напряжением затвор-исток и током стока очевидна в непропорциональных вертикальных расстояниях между кривыми:
Чтобы лучше понять поведение JFET при регулировании тока, может быть полезно нарисовать модель, состоящую из более простых и распространенных компонентов, как мы это сделали для BJT:

В случае JFET именно напряжение на диоде затвор-исток с обратным смещением задает точку регулирования тока для пары диодов постоянного тока.В модель включена пара противоположных диодов постоянного тока для обеспечения протекания тока в любом направлении между истоком и стоком, что стало возможным благодаря униполярной природе канала. При отсутствии PN-переходов для прохождения тока исток-сток отсутствует чувствительность к полярности в регулируемом токе. По этой причине полевые транзисторы JFET часто называют двусторонними устройствами.

Сравнение характеристических кривых полевого транзистора с кривыми для биполярного транзистора показывает заметное различие: линейная (прямая) часть негоризонтальной области каждой кривой удивительно длинна по сравнению с соответствующими частями характеристических кривых биполярного транзистора:

JFET-транзистор, работающий в области триода , имеет тенденцию действовать очень похоже на простой резистор при измерении от стока к истоку.Как и у всех простых сопротивлений, его график тока / напряжения представляет собой прямую линию. По этой причине участок триода (негоризонтальный) характеристической кривой полевого транзистора иногда называют омической областью . В этом режиме работы, когда напряжение сток-исток недостаточно, чтобы довести ток стока до регулируемой точки, ток стока прямо пропорционален напряжению сток-исток. В тщательно спроектированной схеме это явление можно использовать с пользой.Управляемый в этой области кривой JFET действует как управляемый напряжением резистор , а не регулируемый напряжением регулятор тока , и подходящая модель для транзистора отличается:

Вот и только здесь модель транзистора с реостатом (переменным резистором) точна. Однако следует помнить, что эта модель транзистора верна только для узкого диапазона его работы: когда он чрезвычайно насыщен (гораздо меньшее напряжение, приложенное между стоком и истоком, чем то, что необходимо для достижения полного регулируемого тока через сток. ).Величина сопротивления (измеряется в омах) между стоком и истоком в этом режиме контролируется тем, сколько напряжения обратного смещения приложено между затвором и истоком. Чем меньше напряжение затвор-исток, тем меньше сопротивление (более крутая линия на графике).

Поскольку полевые транзисторы типа являются регуляторами тока, управляемыми напряжением (по крайней мере, когда им разрешено работать в активном состоянии), их собственный коэффициент усиления не может быть выражен в виде безразмерного отношения, как в случае BJT. Другими словами, для JFET нет коэффициента β.Это верно для всех активных устройств, управляемых напряжением, включая другие типы полевых транзисторов и даже электронные лампы. Однако существует выражение от контролируемого тока (стока) до управляющего напряжения (затвор-исток), и оно называется крутизной . Его единица измерения — Siemens, такая же единица измерения проводимости (ранее известная как mho ).

Почему такой выбор единиц? Поскольку уравнение принимает общую форму тока (выходной сигнал), деленного на напряжение (входной сигнал).

Уравнение крутизны

К сожалению, значение крутизны для любого JFET не является стабильной величиной: оно значительно зависит от величины управляющего напряжения затвор-исток, приложенного к транзистору. Как мы видели в моделировании SPICE, ток стока не изменяется пропорционально изменениям напряжения затвор-исток. Чтобы рассчитать ток стока для любого заданного напряжения затвор-исток, можно использовать другое уравнение. При осмотре очевидно, что он нелинейный (обратите внимание на степень двойки), отражая нелинейное поведение, которое мы уже испытали при моделировании:

ОБЗОР:

В своих активных режимах полевые транзисторы JFET регулируют ток стока в соответствии с величиной напряжения обратного смещения, приложенного между затвором и истоком, подобно тому, как BJT регулирует ток коллектора в соответствии с током базы.Математическое соотношение между током стока (выход) и напряжением затвор-исток (вход) называется крутизной и измеряется в единицах Сименс.
Соотношение между напряжением затвор-исток (управляющее) и (управляемым) током стока является нелинейным: по мере уменьшения напряжения затвор-исток ток стока увеличивается экспоненциально. Другими словами, крутизна JFET не является постоянной во всем рабочем диапазоне.
В своей триодной области полевые транзисторы JFET регулируют сопротивление сток-исток в соответствии с величиной напряжения обратного смещения, приложенного между затвором и истоком.Другими словами, они действуют как резисторы, управляемые напряжением.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Линейная вертикальная структура 3403Д-У-В
полевого транзистора Мос силы
Вертикальная структура полевого транзистора Mos линейной мощности
3403D-U-V Описание
Линейная вертикальная структура 3403Д-У-В
полевого транзистора Мос силы
Описание полевого транзистора Mos
Полевой транзистор
Mos используется во многих источниках питания и общих силовых приложениях, особенно в качестве переключателей.Варианты включают планарные MOSFET, VMOS, UMOS TrenchMOS, HEXFET и другие различные торговые марки.
Мос полевой транзистор Характеристика
30 В / 100 А
R DS (ВКЛ) = 2,4 мОм (тип.) @ В GS = 10 В
R DS (ВКЛ) = 2,9 мОм (тип.) @ В GS = 4,5 В
100% проверено на лавину
Надежный и прочный
Доступны устройства без галогенов и экологически чистые продукты
(соответствует требованиям RoHS)
Приложения
Systems Высокочастотные синхронные понижающие преобразователи
для питания компьютерных процессоров
Высокочастотные изолированные преобразователи постоянного тока в постоянный ток
с синхронным выпрямлением
для телекоммуникационного и промышленного использования
Информация для заказа и маркировки
D U V
3403 3403 3403
YYXXXJWW G YYXXXJWW G YYXXXJWW G
Код упаковки
D: TO-252-2L U: TO-251-3L V: TO-251-3S
Код даты Сборочный материал
YYXXX WW G: Без галогенов
Примечание: -бесплатные продукты содержат формовочные компаунды / материалы для крепления штампов и 100% матовую жестяную пластинуTermi-
Nation finish; которые полностью соответствуют RoHS.-содержащие продукты соответствуют или превышают требования к бессвинцовому продукту-
IPC / JEDEC J-STD-020 для классификации MSL при максимальной температуре бессвинцового оплавления. «Зеленый»
означает бессвинцовый (соответствует требованиям RoHS) и не содержит галогенов (Br или Cl не превышает 900 частей на миллион по весу в однородном материале
, а общее количество Br и Cl не превышает 1500 частей на миллион по весу).
оставляет за собой право вносить изменения, исправления, улучшения, модификации и улучшения в этот продукт и / или в этот документ в любое время без предварительного уведомления.
Абсолютные максимальные рейтинги
Power MOSFET »Примечания по электронике
Power MOSFT используются во многих источниках питания и общих силовых приложениях, особенно в качестве переключателей. Варианты включают планарные MOSFET, VMOS, UMOS TrenchMOS, HEXFET и другие различные торговые марки.
FET, Полевой транзистор, Учебное пособие включает:
Основы полевых транзисторов Характеристики полевого транзистора JFET МОП-транзистор МОП-транзистор с двойным затвором Силовой МОП-транзистор MESFET / GaAs полевой транзистор HEMT & PHEMT Технология FinFET
Технология MOSFET идеально подходит для использования во многих энергетических приложениях, где низкое сопротивление при включении позволяет достичь высокого уровня эффективности.
Существует ряд различных разновидностей силовых полевых МОП-транзисторов от разных производителей, каждый со своими характеристиками и возможностями.
Многие силовые полевые МОП-транзисторы имеют вертикальную топологию структуры. Это обеспечивает переключение высокого тока с высокой эффективностью при относительно небольшой площади кристалла. Это также позволяет устройству поддерживать переключение высокого тока и напряжения.
Типы силовых полевых МОП-транзисторов
В общей сфере силовых полевых МОП-транзисторов существует ряд конкретных технологий, которые были разработаны и реализованы различными производителями.В них используется ряд различных методов, которые позволяют силовым полевым МОП-транзисторам переносить ток и более эффективно управлять уровнями мощности. Как уже упоминалось, они часто включают в себя форму вертикальной конструкции
Различные типы силовых полевых МОП-транзисторов имеют разные атрибуты и поэтому могут особенно подходить для определенных приложений.
Планарный силовой МОП-транзистор: Это основная форма силового МОП-транзистора. Это хорошо для высоких номиналов напряжения, потому что сопротивление ВКЛ преобладает над сопротивлением эпитаксиального слоя.Эта структура обычно используется, когда не требуется высокая плотность ячеек.
VMOS: Силовые МОП-транзисторы VMOS доступны уже много лет. В базовой концепции используется структура с V-образной канавкой для обеспечения более вертикального протекания тока, тем самым обеспечивая более низкие уровни сопротивления при включении и лучшие характеристики переключения. Хотя они используются для переключения мощности, они также могут использоваться для высокочастотных небольших ВЧ-усилителей мощности.
UMOS: В версии UMOS силового полевого МОП-транзистора используется канавка, аналогичная той, что используется в полевом транзисторе VMOS.Однако у рощи более плоское дно и есть другие преимущества.
HEXFET: В этой форме силового полевого МОП-транзистора используется гексагональная структура для обеспечения текущих характеристик.
TrenchMOS: Опять же, силовой МОП-транзистор TrenchMOS использует аналогичную базовую канавку или канавку в основном кремнии для обеспечения лучшей управляемости и характеристик. В частности, силовые полевые МОП-транзисторы Trench в основном используются для напряжений выше 200 вольт из-за их плотности каналов и, следовательно, более низкого сопротивления в открытом состоянии.
Напряжение пробоя силового МОП-транзистора
Напряжение пробоя — ключевой параметр для любого силового устройства, включая силовые полевые МОП-транзисторы. Поскольку эти устройства могут работать с напряжениями, значительно превышающими те, которые встречаются в электронных схемах меньшей мощности, напряжение пробоя напряжения является важным аспектом любого силового полевого МОП-транзистора.
В большинстве силовых полевых МОП-транзисторов клемма истока N + и Р-переход корпуса закорочены с использованием металлизации истока. Это исключает возможность ложного включения паразитного биполярного транзистора внутри структуры.
Во время работы, когда к затвору не приложено смещение, устройство способно обеспечивать высокое напряжение стока через корпус P-типа с обратным смещением и переход эпитаксиального слоя N + (показано как P-кремний и N- на планарном силовом МОП-транзисторе). диаграмму). Когда присутствует высокое напряжение, большая часть приложенного напряжения появляется на слегка легированном N-слое. Если требуется более высокое рабочее напряжение, то N-слой может быть более легированным и более толстым, но это также имеет эффект увеличения сопротивления включения.
Для устройств с более низким напряжением уровни легирования для областей кремния P и N- становятся сопоставимыми, и напряжение распределяется между этими двумя слоями. Однако, если область кремния P недостаточно толстая, можно обнаружить, что область обеднения может пробиваться к области источника N +, вызывая более низкое напряжение пробоя.
С другой стороны, если устройство рассчитано на слишком высокое напряжение, то сопротивление канала и пороговое напряжение увеличатся. В результате необходима тщательная оптимизация устройства.Также, выбирая силовые полевые МОП-транзисторы, необходимо выбрать тот, который обеспечивает правильную комбинацию напряжения пробоя и сопротивления в открытом состоянии.
Силовой полевой МОП-транзистор в корпусе TO220
Емкость
На переключение любого силового полевого МОП-транзистора в значительной степени влияет уровень паразитной емкости, возникающей внутри устройства.
Основными областями емкости, которые влияют на характеристики переключения, являются емкость затвор-исток C _GS; емкость затвор-сток, C _GD; и сток к истоку C _DS.
Эти емкости нелинейны и зависят от конструкции устройства и напряжений, присутствующих в любой момент времени. Это результат зависящей от смещения емкости оксида и зависящей от смещения емкости обедненного слоя. Обычно, когда напряжение увеличивается, слои обеднения увеличиваются, а уровни емкости уменьшаются.
Пороговое напряжение силового полевого МОП-транзистора
Пороговое напряжение, которое обычно обозначается как V _{GS (TH)}, является минимальным напряжением затвора, которое может образовывать проводящий канал между истоком и стоком.
Для силовых полевых МОП-транзисторов это пороговое напряжение обычно измеряется для тока стока 250 мкА.
Пороговое напряжение определяется факторами силового полевого МОП-транзистора, включая толщину оксида затвора и концентрацию легирования в канале.
Приложения Power MOSFET
Технология
Power MOSEFET применима ко многим типам цепей. Приложения включают:
Линейные источники питания
Импульсные источники питания
Преобразователи постоянного тока в постоянный
Управление двигателем низкого напряжения
Силовые полевые МОП-транзисторы обычно используются в приложениях, где напряжение не превышает примерно 200 вольт.Достичь более высоких напряжений не так-то просто. Когда используются силовые полевые МОП-транзисторы, особенно привлекательным является их низкое сопротивление в открытом состоянии. Это снижает рассеиваемую мощность, что снижает стоимость и размер, меньше требуется металлоконструкций и охлаждения. Кроме того, низкое сопротивление во включенном состоянии означает, что уровни эффективности могут поддерживаться на более высоком уровне.
Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .
Как и когда взрываются полевые МОП-транзисторы
Высокие температуры и рабочие условия за пределами безопасной рабочей зоны могут вывести из строя полевые МОП-транзисторы, используемые в схемах переключения.
MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник) является основным компонентом в схемах преобразования энергии и коммутации для таких приложений, как приводы двигателей и импульсные источники питания (SMPS). МОП-транзисторы обладают высоким входным сопротивлением затвора, в то время как ток, протекающий через канал между истоком и стоком, регулируется напряжением затвора.Однако при неправильном обращении и защите высокий входной импеданс и усиление также могут привести к повреждению полевого МОП-транзистора из-за перенапряжения или слишком высокого тока.
Сначала несколько основных принципов предотвращения повреждения полевого МОП-транзистора. Очевидно, что и V _GS, и V _DS должны находиться в определенных пределах. То же по току, я _d. Также существует ограничение мощности, определяемое максимальной температурой перехода. Базовые значения для верхнего максимума этих параметров приведены на графике безопасной рабочей области (SOA) в таблице данных MOSFET.Но, оказывается, могут применяться и другие тепловые ограничения. График SOA, например, обычно предполагает температуру окружающей среды 25 ° C с определенной температурой перехода, обычно ниже 150 ° C.Но существует множество условий, которые могут вызвать высокие температурные градиенты, которые могут привести к расширению и растрескиванию MOSFET умирают.
Новые поколения полевых МОП-транзисторов включают функции, в том числе низкий R _{DS (on)}, чтобы минимизировать потери проводимости и повысить эффективность работы. Примеры включают в себя полевые МОП-транзисторы NTMFS5C404NLT, NTMFS5C410NLT и NTMFS5C442NLT от ON Semiconductor, для которых максимальное значение R _{DS (on)} равно 0.74, 0,9 и 2,8 мОм соответственно. Они дополняются моделями NTMFS5C604NL, NTMFS5C612NL и NTMFS5C646NL, которые имеют номинальное напряжение пробоя 60 В. Устройства на 40 и 60 В рассчитаны на работу при температурах перехода до 175 ° C, чтобы обеспечить больший тепловой запас для конструкций.
Одним из факторов, который следует учитывать в этом отношении, является то, что термическое сопротивление MOSFET является средним; он применяется, если вся матрица имеет одинаковую температуру. Но полевые МОП-транзисторы, предназначенные для импульсных источников питания, могут испытывать большие колебания температуры в разных областях своего кристалла.Оптимизированные для включения / выключения, они обычно плохо работают в своей линейной области.
Типичным режимом отказа полевого МОП-транзистора является короткое замыкание между истоком и стоком. В этом случае только полное сопротивление источника питания ограничивает пиковый ток. Обычным результатом прямого короткого замыкания является плавление матрицы и металла, что в конечном итоге приводит к размыканию цепи. Например, достаточно высокое напряжение, приложенное между затвором и истоком (V _GS), разрушит оксид затвора MOSFET. Гейтс, рассчитанный на 12 В, скорее всего, откажется от напряжения около 15 В или около того; ворота с номиналом 20 В обычно выходят из строя при напряжении около 25 В.
В общем, превышение номинального напряжения MOSFET всего на несколько наносекунд может его разрушить. Производители устройств рекомендуют выбирать устройства MOSFET консервативно для ожидаемых уровней напряжения и дополнительно рекомендуют подавлять любые скачки напряжения или звон.
Слишком маленький привод затвора
Устройства MOSFET предназначены для рассеивания минимальной мощности при включении. Кроме того, полевой МОП-транзистор должен быть включен жестко, чтобы свести к минимуму рассеивание во время проводимости, в противном случае он будет иметь высокое сопротивление во время проводимости и будет рассеивать значительную мощность в виде тепла.
Вообще говоря, полевой МОП-транзистор, пропускающий большой ток, нагревается. Плохой теплоотвод может повредить полевой МОП-транзистор из-за чрезмерной температуры. Один из способов избежать слишком высокого тока — это параллельное соединение нескольких полевых МОП-транзисторов, чтобы они разделяли ток нагрузки.
График зависимости мощности полевого МОП-транзистора от температуры обычно основан на предположениях относительно теплоотвода и монтажа, как в случае с этим графиком для устройства ON Semiconductor CPh4348.
Многие P- и N-канальные полевые МОП-транзисторы используются в топологиях, включающих конфигурацию H- или L-моста между шинами напряжения.Здесь, если управляющие сигналы на полевые МОП-транзисторы перекрываются, транзисторы фактически закорачивают питание. Это состояние известно как прострел. Когда он возникает, любые разделительные конденсаторы питания быстро разряжаются через оба полевых МОП-транзистора во время каждого переключения, вызывая короткие, но большие импульсы тока.
Способ избежать этого условия — обеспечить мертвое время между переключениями, в течение которого ни один из полевых МОП-транзисторов не включен.
Типичный график области безопасной работы полевого МОП-транзистора, этот для полевого МОП-транзистора CPh4348 от ON Semiconductor.График SOA обычно предполагает температуру окружающей среды 25 ° C с температурой перехода ниже 150 ° C.
Перегрузки по току даже на короткое время могут вызвать прогрессирующее повреждение полевого МОП-транзистора, часто с небольшим заметным повышением температуры перед отказом. МОП-транзисторы часто имеют высокий пиковый ток, но они обычно предполагают пиковые токи продолжительностью только 300 мкс или около того. При переключении индуктивных нагрузок особенно важно завышать максимальную мощность полевых МОП-транзисторов.
При переключении индуктивных нагрузок должен быть путь, по которому обратная ЭДС может свободно вращаться при выключении полевого МОП-транзистора.Свободный ход — это внезапный скачок напряжения, наблюдаемый на индуктивной нагрузке, когда ее напряжение питания внезапно прерывается. МОП-транзисторы с расширенным режимом содержат диод, обеспечивающий эту защиту.
Резонансные цепи
с высокой добротностью могут накапливать значительную энергию за счет своей индуктивности и емкости. При определенных условиях эта высокая энергия заставляет ток свободно проходить через внутренние диоды полевых МОП-транзисторов, когда один полевой МОП-транзистор выключается, а другой включается. (Внутренний диод тела сформирован в p-n переходе тело-сток, подключенном между стоком и истоком.В N-канальных устройствах анод основного диода соединяется со стоком. В P-канальных MOSFET полярность обратная. Проблема может возникнуть из-за медленного выключения (или обратного восстановления) внутреннего диода, когда противоположный MOSFET пытается включиться.
Корпусные диоды полевого МОП-транзистора
обычно имеют длительное время обратного восстановления по сравнению с характеристиками самих полевых МОП-транзисторов. Если основной диод одного полевого МОП-транзистора проводит ток при включенном противостоящем устройстве, возникает короткое замыкание, напоминающее состояние прострела.Для решения этой проблемы используются диод Шоттки и диод с быстрым восстановлением. Диод Шоттки подключается последовательно с источником MOSFET и предотвращает прямое смещение основного диода MOSFET током свободного хода. Высокоскоростной диод (быстрое восстановление) подключается параллельно паре MOSFET / Schottky. Это позволяет току свободного хода полностью обходить полевой МОП-транзистор и Шоттки. Это гарантирует, что корпусный диод MOSFET никогда не перейдет в проводимость.
Продолжительность работы полевого МОП-транзистора может сильно повлиять на тепловое сопротивление.Этот конкретный примерный график предназначен для полевого МОП-транзистора CPh4348 от ON Semiconductor.
Переходы
МОП-транзистор рассеивает мало энергии во время его устойчивого включения и выключения, но он рассеивает значительную энергию во время перехода.

Принцип работы мощного блока питания на полевом транзисторе

Преимущества использования полевого транзистора в блоке питания

Выбор компонентов для мощного блока питания на полевом транзисторе

Полевой транзистор

Микросхема управления

Особенности конструкции мощного блока питания на полевом транзисторе

Настройка и проверка работы блока питания

Области применения мощных блоков питания на полевых транзисторах

Заключение

МОЩНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ

Включение МОП-транзистора в линейный БП — Электроника

Мощный линейный лабораторный блок питания в мыльнице

Технический обзор лабораторного БП PS-3005P «Тихоня»

Общее описание и внешний вид

Резонансный преобразователь

Модуль регулирования

Интрерфейс

Функции

Тест пульсаций выходного напряжения

Переходные режимы

Простой метод выбора ключевых транзисторов для импульсных источников питания

Содержание / Contents

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌻 Купон до 1000₽ для новичка на Aliexpress

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

▶▷▶▷ лабораторный блок питания полевой транзистор схема

55N80 ) имеет стандартное включение по отношению к DA1 и пусть никого не смущает то обстоятельство

Лабораторный блок питания со встроенным вольтметром

ESP — Как работают аудиоусилители (Часть 3). Основы усилителя

Силовые полевые МОП-транзисторы | Журнал Nuts & Volts

ЧАСТЬ 1: ТЕОРИЯ

Основы силового MOSFET

Использование МОП-транзисторов

Другие соображения

Низкое движение

Вождение с высокой стороны

Заключение

Что такое полевой транзистор? — Блог Fusion 360

Психический обзор

Классификация полевых транзисторов

JFET (переходно-полевой транзистор)

N-канальный JFET

Как это работает?

П-канальный полевой транзистор

Характеристики

MOSFET (Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник)

Как это работает?

Типы полевых МОП-транзисторов

Характеристики

Приложения

MOSFET как переключатель

Усилитель MOSFET

Драйвер мотора H-моста

Работа в активном режиме (JFET) | Переходные полевые транзисторы

Spice Моделирование работы JFET

JFET

Уравнение крутизны

Вертикальная структура полевого транзистора Mos линейной мощности

3403D-U-V Описание

Power MOSFET »Примечания по электронике

Типы силовых полевых МОП-транзисторов

Напряжение пробоя силового МОП-транзистора

Емкость

Пороговое напряжение силового полевого МОП-транзистора

Приложения Power MOSFET

Как и когда взрываются полевые МОП-транзисторы

Похожие записи

Особенности питания кормящей мамы: что можно и нельзя есть при грудном вскармливании

Новорожденный какает слизью: причины появления слизи в кале грудничка

Гемангиома у новорожденных: причины, виды, лечение и профилактика

Добавить комментарий Отменить ответ