Стабилизатор тока на полевом транзисторе: Схемы стабилизаторов тока для светодиодов на транзисторах и микросхемах

Содержание

Стабилизатор напряжения на мощном полевом транзисторе 13В (IRLR2905)

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

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

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

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

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

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

Налаживание сводится к установке требуемого значения выходного напряжения. Надо обязательно проверить устройство на отсутствие самовозбуждения во всем диапазоне рабочих токов. Для этого напряжения в различных точках устройства контролируют с помощью осциллографа. Если самовозбуждение возникает, то параллельно конденсаторам CI, С2 и С4 следует подключить керамические конденсаторы емкостью 0,1 мкФ с выводами минимальной длины. Размещаются эти конденсаторы как можно ближе к транзистору VT1 и микросхеме DA1.

Печатная плата устройства приведена на рис. 3.29. Эта плата рассчитана на установку малогабаритных деталей в корпусах для поверхностного монтажа, в том числе и микросхема КР142ЕН19 требует замены на импортный аналог в корпусе SO-8.

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

Стабилизатор напряжения на мощном полевом транзисторе

Стабилизатор напряжения на мощном полевом транзисторе

И. НЕЧАЕВ, г. Курск

В статье описан аналоговый стабилизатор напряжения для блока питания повышенной мощности. Автору удалось значительно улучшить параметры стабилизатора, применив в качестве силового элемента мощный переключательный полевой транзистор.

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

Схема одного из вариантов такого стабилизатора приведена на рис.1. В нем в качестве силового применен мощный полевой транзистор IRLR2905. Хотя он и предназначен для работы в ключевом (переключательном) режиме, в данном стабилизаторе он используется в линейном режиме. Транзистор имеет в открытом состоянии весьма малое сопротивление канала (0,027 Ом), обеспечиваетток до 30 А при температуре корпуса до 100 °С, обладает высокой крутизной и требует для управления напряжения на затворе всего 2,5...3 В [1]. Мощность, рассеиваемая транзистором, может достигать 110 Вт.

Stabilizator-napryajeniya-na-mownom-polevom-tranzistore-1

Полевым транзистором управляет микросхема параллельного стабилизатора напряжения КР142ЕН19 (TL431). Ее назначение, устройство и параметры подробно описаны в статье [2]. Работает стабилизатор (рис. 1) следующим образом. При подключении сетевого трансформатора Т1 к сети на его вторичной обмотке появляется переменное напряжение около 13 В (эффективное значение). Оно выпрямляется диодным мостом VD1, и на сглаживающем конденсаторе большой емкости (обычно несколько десятков тысяч микрофарад) выделяется постоянное напряжение около 16 В.

 

Оно поступает на сток мощного транзистора VT1 и через резистор R1 на затвор, открывая транзистор. Часть выходного напряжения через делитель R2R3 подается на вход микросхемы DA1, замыкая цепь ООС. Напряжение на выходе стабилизатора возрастает вплоть до того момента, пока напряжение на входе управления ву микросхемы DA1 не достигнет порогового, около 2,5 В. В этот момент микросхема открывается, понижая напряжение на затворе мощного транзистора, т. е. частично закрывая его, и устройство входит в режим стабилизации. Конденсатор СЗ ускоряет выход стабилизатора на рабочий режим. Значение выходного напряжения можно установить в пределах от 2,5 до 30 В подбором резистора R2, его значение может изменяться в широких пределах. Конденсаторы С1, С2 и С4 обеспечивают устойчивую работу стабилизатора.

Для описанного варианта стабилизатора минимальное падение напряжения на регулирующем мощном транзисторе VT1 составляет 2,5...3 В, хотя потенциально этот транзистор может работать при напряжении сток-исток, близком к нулю. Обусловлен данный недостаток тем, что управляющее напряжение на затвор поступает из цепи стока, поэтому при меньшем значении падения напряжения на нем транзистор открываться не будет, ведь на затворе открытого транзистора должно быть положительное напряжение относительно истока.

Чтобы уменьшить падение напряжения на регулирующем транзисторе, цепь его затвора целесообразно питать от отдельного выпрямителя с напряжением на 5...7 В больше, чем выходное напряжение стабилизатора. Если нет возможности сделать дополнительный выпрямитель, то в устройство можно ввести дополнительный диод и конденсатор (рис. 2). Эффект от такой простой доработки может быть большим. Дело в том, что напряжение, поступающее на сток транзистора, является пульсирующим, имеет значительную переменную составляющую, которая увеличивается при увеличении потребляемого тока. Благодаря диоду VD2 и конденсатору С5 напряжение на затворе будет примерно равно пиковому значению пульсирующего, т.е. может быть на несколько вольт больше, чем среднее или минимальное. Поэтому стабилизатор оказывается работоспособным при меньшем среднем напряжении сток-исток.

Stabilizator-napryajeniya-na-mownom-polevom-tranzistore-2

Лучшие результаты удастся получить, если диод VD2 подключить к выпрямительному мосту (рис. 3). В этом случае напряжение на конденсаторе С5 увеличится, поскольку падение напряжения на диоде VD2 будет меньше, чем падение напряжения на диодах моста, особенно при максимальном токе. При необходимости плавной регулировки выходного напряжения постоянный резистор R2 следует заменить переменным или подстроечным резистором. Значение выходного напряжения можно определить по формуле Uвых = 2,5(1+R2/R3). В устройстве допустимо применить подходящий транзистор из списка в вышеприведенном справочном листке, желательно выделенный желтым цветом. Если использовать, к примеру, IRF840, то минимальное значение управляющего напряжения на затворе будет составлять 4,5...5 В. Конденсаторы — малогабаритные танталовые, резисторы — МЛТ, С2-33, Р1-4. Диод VD2 — выпрямительный с малым падением напряжения (германиевый, диод Шоттки). Параметры трансформатора, диодного моста и конденсатора С1 выбирают исходя из необходимого выходного напряжения и тока.

Хотя транзистор и рассчитан на большие токи и большую рассеиваемую мощность, для реализации всех его возможностей необходимо обеспечить эффективный теплоотвод. Примененный транзистор предназначен для установки на радиатор с помощью пайки. В этом случае целесообразно использовать промежуточную медную пластину толщиной несколько миллиметров, к которой припаивают транзистор и на которой можно установить остальные детали (рис. 4). Затем, после окончания монтажа, пластину можно разместить на радиаторе. Пайки при этом уже не требуется, поскольку пластина будет иметь большую площадь теплового контакта с радиатором.

Stabilizator-napryajeniya-na-mownom-polevom-tranzistore-3

Если применить для поверхностного монтажа микросхему DA1 типа~П_431С, резисторы типа Р1 -12 и соответствующие чип-конденсаторы, то их можно разместить на печатной плате (рис. 5) из односторонне фольгированного стеклотекстолита. Плату припаивают к выводам транзистора и приклеивают к упомянутой медной пластине клеем. В качестве такой пластины можно использовать, например, корпус с фланцем от испорченного мощного биполярного транзистора, скажем, КТ827, применив при этом навесной монтаж.

Налаживание стабилизатора сводится к установке требуемого значения выходного напряжения. Надо обязательно проверить устройство на отсутствие самовозбуждения во всем диапазоне рабочих токов. Для этого напряжения в различных точках устройства контролируют с помощью осциллографа. Если самовозбуждение возникает, то параллельно конденсаторам С1, С2 и С4 следует подключить керамические конденсаторы емкостью 0,1 мкФ с выводами минимальной длины. Размещаются эти конденсаторы как можно ближе к транзистору VT1 и микросхеме DA1.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Мощные полевые переключательные транзисторы фирмы International Rectifier. — Радио, 2001, № 5, с. 45.
  2. И. Нечаев. Необычное применение микросхемы КР142ЕН19А. - Радио, 2003, № 5, с. 53,54.

Электронная нагрузка на базе стабилизатора тока на LM317 и PNP транзисторах

Всем привет!
Сегодня речь пойдет об ещё одной моей самоделке – электронной нагрузке. Собрана она в корпусе от старого советского электросчетчика, выглядит примерно следующим образом:

Внутри всё закреплено на родной стойке электросчетчика, радиодетали соединены навесным монтажом:

Схема построена вокруг стабилизатора тока на LM317.

Видео по теме:

Характеристики получилось весьма спорные, но для моих текущих задач хватает.

Основные характеристики:


• Стабилизация тока при изменении входного напряжения
• Нагрузка не требует отдельного питания
• Диапазон регулировки тока 1,8 - 10 А при входном напряжении 16,5В (максимальный ток ограничен в моем случае возможностями амперметра и характеристиками токового шунта, транзисторы позволяют рассеять до 200 Ватт мощности)
• Диапазон входного напряжения 5 – 20В (в принципе можно и больше до 30В, важно понимать какая мощность будет рассеиваться и следить за током, т.е. при 30В ток не должен превышать 6,5А )
• Стабилизация адекватно работает при напряжении от 13В (но об этом позже)
• Защита от переполюсовки


Перед выбором схемы я рассматривал 2 варианта:
1. Стабилизатор тока на операционном усилителе LM358.
Обладает неплохим качеством стабилизации и регулировкой почти от нуля. Но данная схема требует независимого источника питания операционного усилителя.
2. Простой регулятор мощности только на транзисторах, без стабилизации. При изменении входного напряжения нагрузка будет себя вести как обычный резистор, т.е. при увеличении напряжения, ток тоже будет увеличиваться.
В обоих случаях стоит вопрос внешнего дополнительного питания для прибора и вентиляторов.
В итоге я решил поэкспериментировать и собрать электронную нагрузку на базе стабилизатора тока на микросхеме LM317, усиленной PNP транзисторами. С одной стороны LM317 не требует независимого стабильного источника питания ( в отличие от операционного усилителя). С другой это хоть и средненький, но вся таки стабилизатор тока. Все остальные потребители (вентиляторы и прибор) подключены напрямую к входу нагрузки через стабилизатор напряжения 7812.

Полностью схема выглядит следующим образом:

LM317 усилена двумя мощными PNP транзисторами VT1 и VT2 в корпусе TO-3 - MJ2955. Каждый из таких транзисторов способен пропускать ток до 15 А и рассеивать до 100 Ватт мощности. Транзисторы имеют выравнивающие резисторы. На каждый транзистор приходится по два 5 Ваттных резистора номиналом 0,1 Ом, соединённых последовательно. Резистор R1 на 10 Ом, служит, чтобы до определённого момента ток шел через LM317, а при превышении порога, открывались транзисторы. Это стандартное решение для схем, где LM317 усиливается PNP транзисторами. Чем больше номинал резистора R1, тем раньше откроются транзисторы. В схемах встречал разные варианты номиналов от 0,1 Ома до 2,2к. Самый распространенный номинал 10-30 Ом. Мощность резистора взята с большим запасом на 10 Ватт, т.к. у меня было много таких резисторов. Резистор R2 – это по сути нихромовый токовый шунт. Сопротивление в холодном состоянии 1,2 Ом. Особенность стабилизатора тока на LM317 состоит в том, что чем больше сопротивление шунта, тем меньше ток стабилизации. Шунт дает нам некий ограниченный диапазон, в котором мы можем регулировать ток, подключив параллельно шунту потенциометр R3 номиналом 5к Ом. Можно снизить минимальный ток, увеличив сопротивление шунта, но при этом и максимальный ток уменьшится. Аналогично в обратную сторону. Также максимальный ток зависит от входного напряжения. Если при 12В – максимальный ток будет в районе 6-7А, то при 20В перевалит за 12А. Я подобрал шунт, чтобы диапазон был 1,8 - 10 А при 16,5В. Плюсом данного решения является то, что шунт физически может пропустить только ограниченный ток, что спасет наши транзисторы от перегрузки. Резистор R4 нужен для корректировки диапазона регулировки. Без него если вращать ручку потенциометра в сторону уменьшения, после прохождения минимального значения тока, ток опять начнет постепенно увеличиваться. Добавление резистора устраняет этот недостаток.

Вентиляторы для охлаждения и цифровой вольтамперметр подключены на вход через линейный стабилизатор напряжения 7812. Это решение тоже довольно спорное. Пока линейный стабилизатор не начнет ограничивать напряжение (а ограничивать он его начнет при входном напряжении примерно 12В-13В, все зависит от потерь на проводах.), качество стабилизации тока в электронной нагрузки в целом будет не высокое. При изменении входного напряжения, например в диапазоне от 5 до 12В, вентиляторы будут крутиться с разной скоростью и потребляемый ток будет меняться. Изменения эти будут в районе 500 мА, что не смертельно, но радости не добавляет. И да цифровой вольтамперметр включается от напряжения - 6В и более. При более низких напряжениях, нормально пользоваться нагрузкой не получится.
Защиту от переполюсовки я реализовал по довольно топорной схеме (топорнее только диодный мост на входе). Принцип простейший: сдвоенный диод Шоттки пропускает ток, только в одном направлении. Если перепутать полярность и подать плюс на минусовую клемму, то ток через диод не пойдет, а пойдет он по пути через резистор R9 и светодиод D5, который засветится, сигнализировав о неправильном подключении источника питания. На диоде Шоттки естественно будет падение напряжения и он будет греться . Учитывая, что электронная нагрузка – это по сути преобразователь электрической энергии в тепловую, то пусть греется.

Процесс сборки:
После того, как разобрался со схемой, я собрал все компоненты и провел тесты.

Далее я приступил к оформлению устройства в корпус. В конструкции полно греющихся элементов (особенно сильно греется нихромовый шунт), поэтому про пластиковый корпус можно было забыть. Плюс ко всему т.к. транзисторы установлены на радиатор без изолирующих прокладок, на радиаторе будет находиться выходное напряжение. В качестве корпуса отлично подошел корпус от старого советского электросчетчика.

Материал диэлектрический и теплоустойчивый, внутри есть стойка, которая тоже в какой-то мере служит радиатором.

Начал я с того, что пропилил окошко под вольамперметр. Пилил мини дрелью. Материал поддается плохо, очень много пыли и дыма. Без респиратора и очков работать противопоказано.

После того как установил прибор, просверлили отверстия под клеммы, потенциометр и выключатель.

Стекло изъял и на его место поставил решетку с вентилятором, который будет выдувать горячий воздух из корпуса.

Транзисторы я закрепил на радиатор и снизу радиатора установил 2 вентилятора.

Крышка будет крепиться на латунных стойках, чтобы корпус не закрывался вплотную и снизу были щели, куда будет поступать свежий воздух.
Также внизу есть отверстия, где раньше были контакты счетчика.

Получается сквозной продув греющихся частей: воздух поступает снизу, маленькие вентиляторы прогоняют его вверх через радиатор, нагретый воздух выбрасывается наружу вентилятором побольше.

Дальнейшие тесты показали, что после 30 минут работы на 16,5В и токе 10А (165 Ватт), температура внутренних частей не превысила 50 градусов.

Дело осталось за малым: закрепить все элементы внутри корпуса и соединить всё проводами.
Диод Шоттки я закрепил через изолирующие прокладку и втулку. Фланец стабилизатора 7812 покрыт пластиком, поэтому дополнительная изоляция не требуется. Выход LM317 по схеме соединен с коллекторами транзисторов, поэтому можно смело крепить LM317 с ними на один радиатор без дополнительной изоляции.

Нихромовый шунт я закрепил на кусках из макетки, чтобы изолировать его от основного корпуса.


Далее протестировал нагрузку с разными блоками питания. То, как ведет себя нагрузка при разных условиях было описано выше.

В заключении хотелось бы сказать, что это был для меня интересный опыт. С одной стороны я понимаю, что до электронной нагрузки мечты, моему изделию далеко. С другой стороны она закрывает 80% моих текущих потребностей (т.к. большинство тестов я провожу в диапазоне напряжений 12-20В и токов 2-7А) и имеет потенциал для доработки. Также интересно было понять, на что способен стабилизатор тока на LM317.

Нагрузкой данной пользуюсь уже пол года сказать могу следующее: в целом штука рабочая, но есть недостатки:
• Регулировка тока не от нуля
• Иногда не хватает тока (пару раз нужно было больше 10А)
• Стабилизации на напряжении до 13В слабенькая

Сначала хотел её доработать, но потом сделал новый "лабораторник" (правильнее наверное будет сказать регулируемый блок со стабилизацией тока и напряжения) на 400 Ватт и понял, что нужна новая нагрузка на такую же мощность, как и у блока питания, и в текущий корпус от счетчика она не поместится. Поэтому собрал новую нагрузку.

При ее проектировании использовал ряд решений, которые могут пригодится тем, кто захочет доработать эту версию нагрузки или сделать свою:

• Нужно использовать операционный усилитель, я использовал LM358. Дает нормальный диапазон регулировки и приемлемую стабилизацию.
• Есть способ запитать операционный усилитель и вольтамперметр от входа нагрузки. На вход ставим повышающий преобразователь МТ3608, настраиваем на 27В, на его выход ставим 7812 + фильтры из конденсаторов. Получаем стабильное питание операционного усилителя при напряжениях от 2 до 24В. Мне этого более чем достаточно.
• Вентиляторы снабжаем ещё одним 7812, подключаем через 6 контактный выключатель: питание либо со входа нагрузки, либо со входа для отдельного источника питания для вентиляторов. Логика следующая: если на входе нагрузки больше 13В переключаем вентиляторы на питание от входа. При этом напряжении потребление тока стабильно и 12Ватт пойдут, не на нагрев, а наоборот на охлаждение. Если меньше, то переключаем на отдельный источник питания, чтобы не портить стабилизацию.
• И не стоит использовать шунты с большим сопротивлением (больше 0,1 Ома), особенно при больших токах.

В общем вот такие вот идеи. Всем спасибо за внимание! Надеюсь, мой опыт и идеи будут кому-то интересны. И как всегда жду с нетерпением вопросов, комментариев и конструктивной критики от старожил данного сайта).

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Стабилизатор напряжения | РадиоГазета - принципиальные схемы для радиолюбителей и меломанов

ssАвтор: Andy Nehan

Когда речь заходит о стабилизаторах напряжения, сразу вспоминаются трехвыводные стабилизаторы типа LM317/337 или 78ХХ и 79ХХ. Все они работают при небольших напряжениях (до 40 Вольт), имеют всего три вывода и, как следствие, простые схемы включения.

Забегая вперёд, приведу цитату из конца этой статьи:

«Если вы обычно слушаете усилители со стабилизаторами на LM317 и им подобным, то прослушивание усилителя со стабилизатором без обратной связи поначалу может вызвать у вас шок!

Для меня это было сравнимо с тем, когда я первый раз попробовал сырую рыбу.

Просто забудьте про ваши предрассудки!»

Для слежения за выходным напряжением  микросхемы LM317/LM337 и аналогичные используют обратную связь.

параметрический стабилизатор напряжения

Другой тип стабилизаторов обычно называют параллельными и часто говорят, что они не имеют обратной связи, а стабилизация напряжения происходит путем шунтирования нагрузки (из рисунка видно, что это не так и обратная связь присутствует и в этом типе стабилизаторов).

параллельный стабилизатор напряжения

У обоих типов стабилизаторов есть ряд общих черт. Оба используют усилитель сигнала ошибки. При этом все усилители имеют конечный коэффициент усиления и ограниченную полосу пропускания. В идеале, надо использовать усилитель сигнала ошибки с постоянным усилением и фазовым сдвигом в полосе от постоянного тока и далее во всем звуковом диапазоне.

Смысл этого в том, что характеристики усилителя сигнала ошибки и цепи обратной связи определяют выходное сопротивление стабилизатора таким образом, что:

1. чем выше коэффициент усиления, тем ниже выходное сопротивление стабилизатора

2. выходное сопротивление обычно монотонно растёт с ростом частоты. Зависит от АЧХ усилителя ошибки и на практике рост может начинаться с частот 100Гц-10кГц.

На рисунке показан типичный выходной импеданс стабилизатора на микросхеме LM317:

Выходное сопротивление стабилизатора LM317

Целью моей работы было создание стабилизатора со стабильным выходным сопротивлением во всем диапазоне звуковых частот, высоким уровнем подавления пульсаций и низким уровнем шумов.

Исходя из этих требований, рассмотрим весь тракт от выпрямления до стабилизации напряжения.

Выпрямление переменного напряжения

Сегодня требования к качеству напряжения сети довольно мягки. Прибавьте к этому огромное количество потребителей с импульсными блоками питания (компьютеры, телевизоры, принтеры, DVD-проигрыватели и т.п.) и нелинейные характеристики понижающих трансформаторов. В результате форма питающего напряжения далека от синуса. В первую очередь наблюдается уплощение вершин полуволн.

На рисунке  показаны результаты измерений напряжения на выходе Ш-образного трансформатора:

спектры сетевого напряжения

Увеличение по клику

Я был удивлен, честно скажу — ожидал худшего.

Примечание главного редактора «РадиоГазеты»: имейте ввиду, что автор живёт в Великобритании!!! В российской электросети  картина будет далеко не такая радужная.

Я использую Ш-образные трансформаторы, потому что их звук мне больше по душе. Они не так быстродействующие, как торы, но я считаю, что они дают лучшую детализацию и проработку сцены в звучании.

На предыдущем рисунке показан и спектр выходного напряжения мостового выпрямителя.

Ужасно! Даже хуже, чем на входе трансформатора.
Теперь появились гармоники частотой 2 кГц, с уровнем около 60 дБ относительно  к 50 Гц пульсациям напряжения.

Чистый вход

Я хотел получить чистое входное напряжение по максимуму очистив его от гармоник и исключив все переходные процессы. Дело в том, что все стабилизаторы имеют некоторую ёмкость между входом и выходом. Плюс помехи могут проникнуть на выход стабилизатора через цепи обратной связи или общий провод. Потому на входе стабилизатора нам требуется иметь максимально чистый сигнал.

Звучит немного утопически? Как получить «чистое» напряжение на входе стабилизатора?
RC или LC-фильтры могут значительно снизить гармоники в выпрямленном напряжении.
А какой сигнал считать достаточно чистым?

Довольно популярны в ламповых усилителях выпрямители на кенотронах, которые в силу своих конструктивных особенностей являются несимметричными, однако же ничего...звучат эти усилители! 🙂

Чтобы получить минимальный уровень гармоник в выпрямленном напряжении я экспериментировал с одно и двухзвенными RC-фильтрами, установленными после первого фильтрующего конденсатора.

Как и ожидалось, добавление одного звена даёт наибольший прирост в качестве звучания усилителя.
Второе звено также даёт заметный вклад. Дальнейшее увеличение количества звеньев на звук существенно не влияет, а вот на массо-габаритные показатели очень.

RC-фильтр

Спектр сигнала после фильтра
Результаты измерений:

спектры сетевого напряжения

Как видно, существенно уменьшают не только верхние гармоники, но и основные пульсации также существенно затухают. Что и требовалось. К сожалению, моё оборудование не позволяет точно измерить уровень фона в присутствии сигнала. Кроме основой гармоники уровень других гармоник составил ниже 10 мВ.

Дополнительное звено в фильтре может снизить ещё на 20дБ уровень всех гармоник выше 200Гц. Но они и так уже на уровне шума стабилизатора.
Упрощенное моделирование стабилизатора на мощном FET-транзисторе показало уровень подавления низкочастотных составляющих на уровне 100дБ и 40 дБ для гармоник 100 кГц и выше.

Такие впечатляющие цифры вряд ли будут достигнуты на практике из-за паразитных ёмкостей монтажа, наводок со стороны сети и прочих негативных факторов.

Поэтому я решил считать нормальными результаты: подавление 60дБ на нижних частотах и 20дБ на высоких. Получается, что пульсации частотой 50Гц и амплитудой 100 мВ будут ослаблены до уровня 0,1мВ. Подавление ВЧ-гармоник не столь важно, так как они очень хорошо ослабляются RC-фильтрами.

Слабые сигналы

Основываясь на моем опыте, я считаю, что все неосновные (шумы, помехи, гармоники) сигналы питающей сети должны быть подавлены с достаточной степенью. Особенно это относится к высокочастотным составляющим, так как с увеличением частоты из-за паразитных емкостей между входом и выходом стабилизатора, а также ограниченной полосы пропускания усилителя сигнала ошибки, способность стабилизатора их подавлять заметно ухудшается.

Как легко заметить, резистор (или может быть индуктивность) в фильтре включены в оба провода: положительный и общий. Часто резистор (или дроссель) добавляют только в один (положительный) проводник фильтра. На результатах измерений это не сказывается.

Но это ошибка!!! Я уверен, что из-за распределенной индуктивности трансформатора помеха на одном выводе вторичной обмотки может быть больше, чем на другом. (К сожалению, моё измерительное оборудование не позволяет это проверить) Симметричная схема фильтра наиболее эффективно справится с такой помехой.

Если говорить о замене резисторов в фильтре на индуктивности, то я никогда не был доволен LC-фильтрами. На мой взгляд они замедляют атаку и снижают динамику усилителя. Это вовсе не означает, правильно посчитанный и изготовленный дроссель будет звучать плохо. Но за последние 5 лет мне не попалось таких изделий, хорошо сочетающихся с моими конструкциями.

К аналогичному результату (снижению динамики) приводит увеличение номинала резисторов фильтра. Для маломощной нагрузки я использую резисторы на 22 Ом. Для более мощной нагрузки значения резисторов следует уменьшить.

«СВЯЗЬ ВПЕРЁД»

Я разработал топологию стабилизатора без обратной связи. Считаю, что именно она отвечает моим требованиям, а после тестовых прослушиваний я заменил в своих конструкциях типовые стабилизаторы с обратной связью, несмотря на их высокие параметры.

В моей топологии сначала получается стабильное образцовое напряжение, которое через буфер подается на накапливающее устройство (конденсатор). Буфер обеспечивает постоянство выходного сопротивления стабилизатора, а конденсатор мгновенную подачу энергии усилителю при резких колебаниях тока нагрузки.

Обе топологии я смоделировал для проверки своих рассуждений.

Оказалось, что топология с обратной связью имеет чуть больший коэффициент стабилизации и ниже выходное сопротивление, которое повышается с ростом частоты.

Однако, по результатам прослушивания я отдал предпочтение топологии без обратной связи.

Базовая конфигурация

Главная задача стабилизатора — обеспечить постоянство выходного напряжения и подавление пульсаций.
Конструкция стабилизатора основана на простейшей схеме, но каждый её элемент я выбирал так, чтобы он идеально выполнял свою функцию:
стабилизаторДля максимального подавления входных шумов сопротивление резистора R должно быть максимально, а в внутреннее сопротивление источника опорного напряжения Vref как можно ниже. Да и работать формирователь опорного напряжения будет лучше, если его питать от высокоомного источника. Таким требованиям отвечает источник стабильного тока (ГСТ).

Для высоковольтного стабилизатора я использовал ГСТ на двух транзисторах, что обеспечивает большую стабильность тока при колебаниях питающего напряжения.

Для низковольтных стабилизаторов можно использовать аналогичную схему или просто одиночный диод.

Для высоковольтных стабилизаторов я выбрал значение тока ГСТ около 5мА. Для низковольтных стабилизаторов можно выбрать значение поменьше.

Микросхеме TL431 для нормальной работы требуется минимум 2 мА.

Важное замечание: ГСТ на двух транзисторах может иногда возбуждаться, если использовать высокочастотные транзисторы. Поэтому я выбрал транзисторы  MJ340/350 которые, как показывает мой опыт, работают стабильно.

Стабилитроны довольно шумные и кроме того имеют плохой температурный коэффициент. Выходное напряжение при их использовании будет меняться в зависимости от температуры окружающей среды, а если в вашем усилителе активная вентиляция, то тем более. Кроме того, стабильность их внутреннего сопротивления тоже оставляет желать лучшего.

Вместо них я использовал TL431 в качестве источника опорного напряжения, так как их шумовые характеристики весьма достойны, они имеют низкое выходное сопротивление и довольно широкий диапазон выходных напряжений, которое устанавливается с помощью простого делителя.

Стабилизатор напряжения для цепей накала.

Буферным элементом стабилизатора может быть как биполярный так и полевой транзистор.  На практике я использовал полевые транзисторы, с высокой крутизной, номинальной мощностью и высоким рабочим напряжением.  Надежность была превосходной!

Теплоотвод для буферного транзистора требуется как для низковольтного, так и в случае высоковольтного стабилизатора.

Конденсатор в цепи TL431 Дополнительно снижает уровень шума.

низковольтный стабилизатор напряжения

увеличение по клику

Недостатком схемы можно считать необходимость подстройки выходного напряжения при замене ламп, так как из-за конструктивных особенностей потребление по цепям накала у разных ламп отличается.

Но настоящего аудиофила это не остановит!

Высоковольтный стабилизатор напряжения

Так как максимальное выходное напряжение микросхемы TL431 составляет всего 30В, то для получения больших значений выходного напряжения стабилизатора используется полевой транзистор, включенный как умножитель. Его коэффициент усиления равен отношению суммы резисторов 330кОм и 270 кОм к резистору в 33кОм. При указанных номиналах усиление равно 15, т.е. максимальное выходное напряжение схемы составляет порядка 450В.

Высоковольтный стабилизатор напряженияИсточник тока на транзисторах MJE350 питает источник образцового напряжения током в 5мА, значение которого устанавливается резистором 150R.
В остальном работа схемы аналогична предыдущей.

Следует обратить внимание на качество конденсаторов. Они должны быть низкоимпедансными и быстрыми. К примеру, плёночные конденсаторы фирмы WIMA типа FKP1 отвечают всем этим требованиям.

Кстати, так как схема не обеспечивает плавную подачу анодного напряжения (или задержку включения) до прогрева ламп, для решения это проблемы можно использовать модуль, описанный здесь.

Стабилизатор напряжения отрицательной полярности

Понятно, что для отрицательной полярности напряжения схема должна претерпеть изменения, так как для микросхемы TL431 нет комплементарного аналога.

Тем не менее, я так же использовал TL431, но в связке с составным транзистором (Дарлингтон):

Стабилизатор отрицательного напряжения

Этот стабилизатор обычно используется для питания вспомогательных цепей, к примеру, катодных источников стабильного тока. Потому образцовые параметры здесь не нужны и усложнять схему я не стал.

Буфер

После рассмотрения стабилизаторов цепей накала и высоковольтного стабилизатора, я предлагаю вашему вниманию схему простого высоковольтного буфера:

Буфер питания

Его функция в обеспечении постоянного выходного сопротивления и подавление пульсация и помех по питанию. Если его подключить после обычного стабилизатора, то все негативные факторы от обратной связи в источнике питания можно существенно снизить.

Выходное сопротивление такого буфера обратно пропорционально крутизне транзистора и получается достаточно низким. Оно также постоянно в звуковом диапазоне частот.

Большую роль для качества звучания играет выбор конденсаторов!!!

Кстати, я обнаружил, что параллельное соединение конденсаторов не добавляет качества звучания. К примеру, один конденсатор на 20 мкФ звучит лучше, чем параллельное соединение двух конденсаторов на 10 мкФ того же производителя.

Конструкция.

Конструкция таких стабилизаторов особенностей не имеет. При ограничениях в размерах вы можете использовать двухсторонний монтаж. В этом случае одна сторона платы должны быть заземлена. В моих опытах заземление одной стороны платы давало значительный прирост в качестве звучания!

Подобные стабилизаторы я эксплуатирую в своих конструкциях уже около пяти лет и они не доставляют мне проблем ни с качеством звучания, ни с надёжностью.

Прослушивание.

Если вы обычно слушаете усилители со стабилизаторами на LM317 и им подобным, то прослушивание усилителя со стабилизатором без обратной связи поначалу может вызвать у вас шок!

Первое, что вас удивит — кажущаяся потеря динамики. Я считаю, что LM317 добавляет «лишней скорости звуку», искажая тем самым истинное звучание фонограммы. Закрытое прослушивание показало, что стабилизаторы без ОС удаляют  из звука весь мусор, который привносит LM317.

Потратьте немного времени на привыкание к новому звуку. На это уйдет не больше часа. Но я уверен, что вы будете восхищенны конечным результатом.

Для меня это было сравнимо с тем, когда я первый раз попробовал сырую рыбу.

Просто забудьте про ваши предрассудки!

Теперь немного сравнительных тестов. Я сравнивал стабилизатор на LM317, на лампах и стабилизатор без обратной связи.

1. LM317 как стабилизатор цепей накала и LM317 с двухзвенным фильтром помех. Последний вариант дает более детальный звук.

2. LM371 как стабилизатор цепей накала против безоосного стабилизатора. Второй вариант дает большую динамику и повышает детальность в верхнем диапазоне, что приводит к расширению стереобазы.

3. Выпрямитель на кенотроне и стабилизатор на лампах против безоосного стабилизатора анодного напряжения. Второй вариант даёт в звучании большую динамику и детальность. Ламповый стабилизатор дал более «жирный» звук.

Для получения максимального эффекта необходимо использовать для питания каждой лампы отдельный стабилизатор. Это несколько удорожает, усложняет и утяжеляет конструкцию. Но, поверьте мне, оно того стоит!

Кроме этого я провел много сравнительных прослушиваний для конденсаторов. В результате я остановился на пленочных конденсаторах фирмы WIMA. Я услышал четкие различия в звучании между плёночными и электролитическими конденсаторами. Пленочные гораздо предпочтительнее.

В своей системе я могу на слух отличить какие используются конденсаторы — пленочные или электролитические даже в цепях накала ламп.

Если вы хотите получить достойный результат, будьте готовы использовать качественные материалы!

Статья подготовлена по материалам журнала AudoiXpress.

Удачного творчества!

Замечание от главного редактора «РАДИОГАЗЕТЫ»: мнение редакции может частично или полностью не совпадать с мнением авторов статей.

Так как приходят вопросы по реализации описанных схем на доступных элементах, для примера привожу схему собранную и опробованную в работе.

стабилизатор напряжения

Здесь интегральный источник тока J310 заменён на более доступную микросхему LM317L, включенную по схеме стабилизатора тока. Можно использовать и источники тока на полевых транзисторах.

Резистор R3 задаёт выходное напряжение (подбирается). Качество стабилизации этой схемы сильно зависит от параметров транзистора Т1. Сюда надо выбрать транзистор с максимальной крутизной и минимальным сопротивлением открытого канала. Отлично показал себя  CEP50N06. Из более доступных стоит попробовать IRFZ44.

Важно иметь в виду, что управляющее напряжение на транзисторе порядка 3,5-4В и для нормальной работы источника тока необходимо напряжение около 3,5В. Поэтому разница между входным и выходным напряжениями такого стабилизатора должна быть не менее 8В! Это несколько снижает КПД этой схемы и при больших токах нагрузки требует использования радиаторов приличных размеров. Настоящего аудиофила такие трудности не остановят 🙂

Похожие статьи:


Модуль триггерного переключателя NMOS Полевой транзистор Управление постоянным током для соленоида насоса с электродвигателем | Управление контроллером | Модуль управления Управляющий насос

Модуль триггерного переключателя NMOS Управление постоянным током на полевом транзисторе для соленоида насоса двигателя

http://hz00.i.aliimg.com/img/pb/238/136/812/812136238_143.jpg

Модуль основан на режиме NMOS. Мы можем вводить ШИМ-сигнал для управления скоростью двигателя, светом лампы и т. Д.

Характеристики:
Модуль NMOS, вход и выход полностью изолированы друг от друга.
Триггер сигнала: цифровой сигнал высокого / низкого уровня, может быть подключен к вводу-выводу микроконтроллера, интерфейсу ПЛК, источнику питания постоянного тока и т. Д.
Выход может управлять мощными устройствами: двигателем, лампочкой, светодиодными лампами и полосами, постоянным током мотор, маленькие насосы, электромагнитный клапан.
Входной сигнал: сигнал ШИМ 3 В ~ 20 В.
Выходная мощность: 3,7 В ~ 27 В постоянного тока, в пределах 10 А для каждого канала.

Технические характеристики:
Входной сигнал: 3 В ~ 20 В ШИМ-сигнал
Выходная мощность: 3,7 В ~ 27 В постоянного тока, в пределах 10 А для каждого канала (если ток превышает 10 А в течение длительного времени, добавьте радиатор)
Частота ШИМ: 0 ~ 20 кГц
Размер элемента: 55 * 50 * 15 мм / 2.16 * 1,97 * 0,6 дюйма
Вес изделия: 25 г / 0,88 унции
Вес упаковки: 26 г / 0,94 унции

Список пакетов:
1 * Модуль триггерного переключателя

http://i01.i.aliimg.com/img/pb/771/888/736/736888771_466.jpg

http://i01.i.aliimg.com/img/pb/771/888/736/736888771_466.jpg
http://i01.i.aliimg.com/img/pb/771/888/736/736888771_466.jpg
http://i01.i.aliimg.com/img/pb/771/888/736/736888771_466.jpg
http://i01.i.aliimg.com/img/pb/771/888/736/736888771_466.jpg
http://i01.i.aliimg.com/img/pb/771/888/736/736888771_466.jpg
http://i01.i.aliimg.com/img/pb/771/888/736/736888771_466.jpg
http://i01.i.aliimg.com/img/pb/771/888/736/736888771_466.jpg
http://i01.i.aliimg.com/img/pb/771/888/736/736888771_466.jpg

http://i01.i.aliimg.com/img/pb/771/888/736/736888771_466.jpg

1) Мы принимаем Alipay, West Union, TT. Все основные кредитные карты принимаются через безопасный платежный процессор ESCROW.
2) Оплата должна быть произведена в течение 3 дней с момента заказа.
3) Если вы не можете оформить заказ сразу после закрытия аукциона, подождите несколько минут и повторите попытку. Платежи должны быть завершены в течение 3 дней.

http://i01.i.aliimg.com/img/pb/771/888/736/736888771_466.jpg

1. ДОСТАВКА ПО ВСЕМУ МИРУ. (За исключением некоторых стран и APO / FPO)
2. Заказы обрабатываются своевременно после подтверждения оплаты.
3. Мы отправляем только по подтвержденным адресам заказа. Адрес вашего заказа ДОЛЖЕН СООТВЕТСТВОВАТЬ вашему адресу доставки.
4. Представленные изображения не являются фактическим товаром и предназначены только для справки.
5. ВРЕМЯ ПЕРЕХОДА ОБСЛУЖИВАНИЯ предоставляется перевозчиком и не включает выходные и праздничные дни.Время доставки может меняться, особенно во время курортного сезона.
6. Если вы не получили посылку в течение 45 дней с момента оплаты, свяжитесь с нами. Мы отследим доставку и свяжемся с вами в кратчайшие сроки. Наша цель - удовлетворение клиентов!
7. Из-за наличия на складе и разницы во времени мы отправим ваш товар с нашего первого доступного склада для быстрой доставки.
8. Срок поставки:

1. У вас есть 7 дней, чтобы связаться с нами и 30 дней, чтобы вернуть его со дня получения.Если этот предмет находится в вашем распоряжении более 7 дней, он считается использованным, и МЫ НЕ ВЫДАЕМ ВАМ ВОЗВРАТ ИЛИ ЗАМЕНУ. БЕЗ ИСКЛЮЧЕНИЙ! Стоимость доставки оплачивается как продавцом, так и покупателем пополам.
2. Все возвращаемые товары ДОЛЖНЫ БЫТЬ в оригинальной упаковке, и вы ДОЛЖНЫ ПРЕДОСТАВИТЬ нам номер отслеживания доставки, конкретную причину возврата и ваш почтовый номер.
3. Мы вернем ВАШУ ПОЛНУЮ СУММУ ВЫИГРЫШНОЙ ЗАЯВКИ после получения товара в его первоначальном состоянии и в упаковке со всеми компонентами и аксессуарами ПОСЛЕ того, как Покупатель и Продавец отменят транзакцию с aliexpress.ИЛИ вы можете выбрать замену.
4. Мы будем нести всю стоимость доставки, если товар (ы) не соответствует рекламе.

http://i01.i.aliimg.com/img/pb/771/888/736/736888771_466.jpg

1. 12 месяцев ограниченной гарантии производителя на дефектные изделия (за исключением предметов, поврежденных и / или неправильно использованных после получения). Гарантия на аксессуары составляет 3 месяца.
2. Дефектные изделия ДОЛЖНЫ БЫТЬ заявлены и возвращены в течение гарантийного срока (и, если возможно, в оригинальной упаковке). Вы должны сообщить нам, в чем заключается дефект, и сообщить номер вашего заказа.МЫ НЕ РЕМОНТ ИЛИ ЗАМЕНА ИЗДЕЛИЙ С истекшим сроком гарантии. При заказе на aliexpress вы соглашаетесь со всеми вышеперечисленными правилами!

http://i01.i.aliimg.com/img/pb/771/888/736/736888771_466.jpg

Мы поддерживаем высокие стандарты качества и стремимся к 100% удовлетворенности клиентов! Отзывы очень важны. Мы просим вас немедленно связаться с нами, ПРЕЖДЕ чем оставить нейтральный или отрицательный отзыв, чтобы мы могли удовлетворительно решить ваши проблемы.
Невозможно решить проблемы, если мы о них не знаем!

333

.

PPT - FET (полевой транзистор) Презентация PowerPoint, скачать бесплатно

  • FET (полевой транзистор) • Две основные группы • JFET (полевой транзистор) • MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник) • Преимущество • чрезвычайно большой входное сопротивление • Недостатки • Меньшее усиление (gm), чем у биполярного транзистора • Сложнее анализировать

  • Drain I Gate Source JFET • n-канальный JFET • просто кусок полупроводника n-типа !! • как и у транзистора, ток стока управляется VGS FET. Биполярный затвор = база Источник = эмиттер Сток = коллектор

  • JFET • n-канальный JFET • PN переход • с обратным смещением

  • JFET-режим VG = 0 VD • VGS = 0 • Макс.проводящий канал, максимальный ток стока ID • VT

  • JFET как управляемый напряжением резистор • Если VDS мало • VGS контролирует ширину канала и, следовательно, сопротивление • JFET - это резистор, управляемый напряжением VG VD VS

  • VG = -2V VD = 5V VS = 0 P N-канальный JFET в качестве источника тока, управляемого напряжением • Если VDS большое • конец стока больше обратное смещение! • Канал деформирован • Увеличить VDS => увеличить истощение => уменьшить ID • Но увеличить VDS => увеличить ID • Чистый результат • ID остается постоянным даже при увеличении VDS • Источник тока, управляемый напряжением

  • Область насыщения • Малый VDS - линейная область (резистор, управляемый напряжением) • Большой VDS - область насыщения (постоянный идентификатор, источник тока, управляемый напряжением) Линейная область Малый VDS JFET похож на резистор

  • ID vs VGS (область насыщения) • IDSS • максимальный ток при VGS = 0 (наибольшая ширина канала, наименьшее сопротивление) • разные полевые транзисторы имеют разные IDSS IDSS VP

  • ID по сравнению с VGS • Наклон ID по сравнению с VGS (gm) менее крутой (не экспоненциальный) • меньший г / м, хуже, чем биполярный транзистор • Полевой транзистор трудно анализировать • Биполярный легче анализировать, потому что VBE ~ 0.6 В • VGS может изменяться в широком диапазоне, обычно анализируется графическим методом (линия нагрузки) • Наиболее важное преимущество • Вход подключен к обратносмещенному pn переходу • Чрезвычайно высокий входной импеданс (IG ~ 0)

  • Полевой транзистор против биполярного • Полевой транзистор похож на биполярный транзистор • Источник тока, управляемый напряжением • Биполярные схемы могут использоваться полевым транзистором

  • VDS Простой источник тока • Что такое VGS? • Что такое ID? • Самый простой источник тока! • Но мы не можем выбрать ток, так как IDSS может варьироваться от транзистора к транзистору

  • Регулируемый источник тока • Добавить резистор RS, чтобы настроить ID • Найти по линии нагрузки (графический) метод VSG = IDRS VGS = -IDRS

  • г полевого транзистора Кривая приблизительно по параболе VT

  • Крутизна gm

  • k можно определить путем измерения gm в двух точках • При VGS (измерьте gm gm является максимумом) • Найдите VT (соответствует gm = 0)

  • Типичное значение gm при ID = 1 мА • JFET ~ 2 м A / V (из справочника) • биполярный ~ 40 м A / V (по расчету gm = IC / 25 мВ) • Коэффициент усиления биполярного транзистора намного выше, чем у полевого транзистора! • Зачем использовать полевой транзистор? • чрезвычайно высокий входной импеданс • почти нулевой входной ток • хороший прием сигнала от источника с высоким импедансом • e.грамм. микрофоны, входной каскад осциллографа

  • Повторитель источника • То же, что и повторитель эмиттера • Выходное напряжение (VS) следует за входом (VG) • DvG, DiD, DiDRS, DvS

  • Повторитель источника • Анализ сигналов переменного тока • если RSgm >> 1, то DVG ~ DVS => хороший повторитель • Чтобы иметь большое RS, используйте источник тока (активная нагрузка)

  • Выходной импеданс • Фиксированное напряжение затвора, каково выходное сопротивление • моделируйте затвор -секция источника резистором • DvOUT / DiD = rS = 1 / gm (потому что DvOUT ~ DVIN) • Типичное значение • gm ~ 2 м A / V, поэтому rS ~ 500 Вт • Выходное сопротивление повторителя источника (500 Вт) намного выше чем эмиттерный повторитель (25 Вт)

  • Согласованный повторитель на полевых транзисторах • Повторитель состоит из согласованного полевого транзистора • Q2 является источником тока при VGS = 0 и ID2 = IDSS • Q1 и Q2 совпадают, • Поскольку ID1 = ID2, поэтому VGS1 = VGS2 = 0 В (!) • смещение нуля постоянного тока

  • Усилитель на полевых транзисторах • DvG, DiD, DvOUT = -RDDiD • вход и выход смещены по фазе на 180o, как и биполярный усилитель • усиление • DiD = gmDvGS • DvD = -RDDiD = -gmRDDvGS • усиление по напряжению = -gmRD • такой же, как биполярный усилитель, за исключением того, что gm меньше

  • Усилитель на полевых транзисторах • Смещение постоянного тока • VGS = -ID R • используйте линию нагрузки, чтобы найти лучший R для VGS и ID R

  • Гибридный операционный усилитель - лучший из обоих миров Задний, большой импеданс дает высокий CMRR двухтактный усилитель класса B Зеркало в качестве активной нагрузки.Усилитель с высоким коэффициентом усиления Последователь в качестве буфера

  • Регуляторы напряжения • Вход: нерегулируемый источник питания (напряжение довольно постоянное, но все еще есть пульсации) • Выход: регулируемое (постоянное) напряжение

  • Регулятор напряжения • Регулятор = источник опорного напряжения + повторитель • нерегулируемое вход обеспечивает питание • стабилитрон (Vref) обеспечивает опорное напряжение • повторитель обеспечивает выходную мощность и ток

  • Dropout напряжение • напряжение Выпадение • разность между входным и выходным напряжением

  • Падение напряжения • Для 723 • напряжение питания 9.5 В (мин.) Дает выходное напряжение 5 В • Большое падение напряжения 4,5 В (не очень хорошо), лишняя мощность • также требуется слишком много внешних компонентов • Современные регуляторы • падение напряжения ~ 2-3 В • Специализированные регуляторы с малым падением напряжения • падение напряжения ~ несколько десятых напряжения

  • 723

  • 78xx семейство • Современный регулятор, который вы бы использовали • Требуется только пара сглаживающих конденсаторов

  • Сильнотоковый выход • Используйте параллельные транзисторы, чтобы высокий выходной ток

  • Температурный разгон • Рассмотрим биполярные транзисторы • разные дискретные транзисторы имеют разные IC и кривую VBE • если один транзистор проводит больше тока, чем другой • транзистор становится более горячим • проводят больше тока !! • что делает транзистор еще более горячим, создает локальную горячую точку, может в конечном итоге выйти из строя

  • Температурный разгон • Использование резистора R в эмиттерном повторителе • Отрицательная обратная связь • Если транзистор нагревается и проводит больше тока • VE увеличивается, обеспечивая напряжение обратной связи, так что VBE уменьшается, что снижает ток • FET не имеет проблемы теплового разгона • Поскольку FET имеет –ve температурный коэффициент • Повышение температуры снижает выходной ток • Действительно большие усилители мощности могут быть построены с использованием полевого МОП-транзистора в качестве выходного каскада

  • Импульсные регуляторы • Регуляторы с питанием от микропроцессоров • работают с КПД 75% -90%, более эффективны, чем традиционные регуляторы • Бестрансформаторные (так что размер небольшой) • но больше шумный (высокочастотный шум) • Работа за счет сброса зарядов в конденсатор через переключатель • заряды, накопленные в конденсаторе, дают постоянное напряжение

  • 9 0003 Импульсные регуляторы Сброс заряда в крышку

  • MOSFET (Металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор) • Есть ли ток в цепи ниже? • Нет тока • один конец должен быть смещен в обратном направлении nnp

  • MOSFET • Основной принцип - металлический емкостный эффект ++++++++++++ - - - - - - - - - - - - - заряд

  • MOSFET • Добавьте металлический затвор • Емкостный эффект создает канал заряда -ve, который позволяет электронам течь через металлический изолятор затвор nn - - - - - - - - - - - - исток сток p тело -ve заряд, проводящий канал

  • NMOS (n-канальный MOS) • когда напряжение затвора равно нулю, ток стока отсутствует • ток стока увеличивается с увеличением напряжения затвора

  • Режим улучшения и режим истощения • Улучшение режим работы • Нет напряжения затвора, нет проводимости • Повышение напряжения затвора увеличивает проводимость • JFET • Режим истощения • нет напряжения затвора, проводимость максимальна

  • Расширенный MOSFET • если VDS мал • VGS контролирует ширину канала • IDS VDS • ведет себя как переменный резистор • Большой VDS • VDS увеличивается, сток становится более положительным • проводящий канал становится менее заряженным до такой степени, что он почти исчезнет • Канал искажен • Насыщение • Увеличение VDS также увеличивает ток стока, но компенсируется уменьшением канала • Постоянный идентификатор в диапазоне VDS 3V 5V - - - - - - - - - 0V деформировано

  • С PMOS (p-channel MOS) • Работает с противоположной полярностью

  • символ полевого МОП-транзистора

  • Цифровые схемы • Логические вентили • фундаментальный строительный блок цифровой электроники • И, ИЛИ, И НЕ, ИЛИ, ИНВЕРТОР • с этими вентилями можно построить сумматор, сдвигатель, умножитель, логическую единицу, память и микропроцессоры

  • Затвор инвертора • Инверторы NMOS (n-канальный MOSFET) Выходное сопротивление в состоянии ВЫКЛ. VOUT ON.Канал в порядке, сток закорочен на массу, VOUT = 0 OFF. Канал непроводящий, ID = 0, VOUT = VDD

  • Недостаток NMOS • Состояние ВКЛ • Потребление тока через R, большое статическое рассеивание мощности • Состояние ВЫКЛ • Большое выходное сопротивление = R • Большое R дает малый выход ток, который замедляет скорость переключения схемы.

  • Проблемы NMOS • Большой RD-> требует больше времени для зарядки Cstray

  • Инвертор CMOS (дополнительный MOSFET) • PMOS + NMOS • Вход = 0 В , Выход = 5V • для NMOS (нижний) • VGS = 0V, OFF • (обрыв цепи) • для PMOS • VG = 0V, VS = 5V • VGS = -5V, ON • (Короткое замыкание) (5V) VGS = -5 В VGS = 0 В

  • Инвертор CMOS (дополнительный MOSFET) • PMOS + NMOS • Вход = 5 В, выход = 0 В • для NMOS (нижний) • VGS = 5 В, ВКЛ • (короткое замыкание) • для PMOS • VGS = 0 В, ВЫКЛ. • (разомкнутая цепь) (5 В) VGS = 0 В VGS = 5 В

  • CMOS • Выходное сопротивление • PMOS или NMOS короткое • Нулевой ток, крошечный RC, быстрое переключение • Статическое энергопотребление • выход = 5 В • NMOS (внизу) - разомкнутая цепь, ток отсутствует • PMOS короткий, не потребляет напряжение • Мощность = VI = 0 • выход = 0 В (то же , power = 0) • идеально подходит для приложений с низким энергопотреблением • e.грамм. мобильный телефон, ноутбук

  • Динамическое рассеяние мощности • Динамическое рассеяние мощности • Потребляемая мощность при изменении состояния • 0 -> 1 или наоборот • CMOS потребляет энергию, когда MOSFET меняет состояние • Оба MOSFET работают частично проводящий • Зарядка паразитного конденсатора следующей ступени потребляет энергию

  • Нагрузка Подробнее ....

    Что такое стабилизатор LDO и важные параметры для выбора LDO

    Регулятор с малым падением напряжения (LDO) - это простой и экономичный регулятор напряжения для получения регулируемого выходного напряжения из более высокого входного напряжения. Особенностью LDO-стабилизатора является его способность иметь очень низкое падение напряжения на нем при обеспечении регулируемого выходного напряжения. Это позволяет использовать LDO в приложениях с критически важными батареями, где напряжение батареи (входное напряжение) близко к требуемому регулируемому выходному напряжению.

    LDO принимает переменное входное напряжение и обеспечивает непрерывно контролируемое, стабильное, малошумное выходное напряжение постоянного тока. LDO - это линейный стабилизатор напряжения, который имеет небольшое падение напряжения между входом и выходом , и он хорошо работает, даже когда выходное напряжение очень близко к входному напряжению, в отличие от линейного регулятора напряжения, который требует большого падения напряжения между вход и выход работают правильно. LDO не имеет шума переключения (поскольку переключение не происходит) и имеет меньший размер устройства по сравнению с линейными регуляторами напряжения.

    Есть две основные функции LDO; первая функция состоит в том, чтобы регулировать входное напряжение питания до напряжения, требуемого нагрузкой, а вторая функция - обеспечивать выходное напряжение с очень низким уровнем шума , даже при наличии шума во входящем источнике питания. MIC29302, AMS1117 и RT9193 - некоторые из наиболее часто используемых ИС регуляторов LDO.

    Структура LDO

    На рисунке ниже показана базовая блок-схема для LDO .Основные компоненты в LDO являются опорным напряжением, дифференциальный усилитель (усилитель ошибки) и передать элемент (полевой транзистор).

    Structure of LDO

    Положительного вход усилитель ошибки мониторов доля выхода рассчитывается по соотношению резисторов R1 и R2, а вход при отрицательном штифте дифференциального усилителя от опорного стабильного напряжения.

    Работа LDO

    Регулятор LDO работает так же, как и обычный линейный регулятор напряжения.LDO имеет три основных компонента, т.е. проход элемента, усилитель ошибки, а также источник опорного напряжения . Обычно проходным элементом является N-канальный или P-канальный полевой транзистор, но он также может быть транзистором NPN или транзистором PNP. Как показано на диаграмме ниже, входное напряжение подается на проходной элемент, который представляет собой полевой транзистор с N каналом. Этот полевой транзистор работает в линейной области, снижая входное напряжение до требуемого выходного напряжения. Усилитель ошибки определяет результирующее выходное напряжение и сравнивает его с опорным напряжением.Усилитель ошибки изменяет затвор полевого транзистора на соответствующую рабочую точку, чтобы на выходе было правильное напряжение. При изменении входного напряжения усилитель ошибки модулирует полевой транзистор для поддержания постоянного выходного напряжения. В установившемся режиме работы LDO ведет себя как простой резистор.

    Некоторые стабилизаторы LDO доступны в версиях с фиксированным и регулируемым выходным напряжением, чтобы регулировать выходное напряжение в соответствии с требованиями.Регуляторы LDO также имеют вывод Enable , который можно использовать для включения или выключения регулятора; это помогает разработчикам выключить регулятор и предотвратить использование батареи, когда она не используется .

    Важные параметры LDO

    Ток покоя

    Термин «покой» определяется как «состояние или период бездействия или бездействия». Таким образом, ток покоя (IQ) - это ток, потребляемый системой в режиме ожидания, когда подключена небольшая нагрузка или нет нагрузки.Ток покоя и ток отключения - это разные термины; ток покоя - это ток , потребляемый системой при легкой или нулевой нагрузке. , в то время как ток отключения - это ток, потребляемый, когда устройство находится в выключенном состоянии, но батарея все еще подключена к устройству.

    Коэффициент отклонения блока питания (PSRR)

    PSRR определяется как способность LDO отклонять элементы переменного тока, такие как пульсации напряжения . Выражается следующей формулой:

      PSRR (дБ): 20 log (пульсация V  (вход)  / V  пульсация (выход) )  

    Регулирование нагрузки

    Регулировка нагрузки определяется как способность схемы поддерживать заданное выходное напряжение при различных условиях нагрузки .Регулировка нагрузки выражается как:

      Регулировка нагрузки = ∆Vout / ∆I  out   

    Линейное регулирование

    Линейное регулирование определяется как способность схемы поддерживать заданное выходное напряжение при изменении входного напряжения . Линия регулирования выражается как:

      Регулировка нагрузки = ∆V  на выходе  / ∆V  дюйм   

    Переходный процесс

    Переходная характеристика определяется как максимально допустимое изменение выходного напряжения для скачкообразного изменения тока нагрузки.Это также известно как переходная характеристика линии. Переходная характеристика - это функция величины выходного конденсатора (C из ), эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) выходного конденсатора, байпасного конденсатора (C b ) и максимального тока нагрузки (I из , макс ). Максимальное изменение переходного напряжения выражается как:

      ∆V  tr, max  = (I  на выходе, max  / C  на выходе  + C  b ) ∆t  1  + ∆V  ESR   

    Характеристики LDO

    Ниже приведены наиболее общие функции, которые можно найти в обычном регуляторе LDO.Однако обратитесь к конкретному техническому описанию, чтобы подтвердить то же самое, поскольку не обязательно, чтобы каждый LDO имел все эти функции.

    Блокировка при пониженном напряжении

    Когда входное напряжение падает ниже указанного входного напряжения, эта функция переводит ИС в состояние ожидания, так что внутренняя цепь становится нестабильной и не повреждает ИС.

    Ограничение тока

    Избыточное тепловыделение устройством во время работы может привести к повреждению ИС.Функция ограничения тока защищает устройство от перегрева. Существует два типа методов ограничения тока: первый - это тип с обратной связью, который одновременно снижает выходной ток и выходное напряжение, и второй метод - это тип ограничителя тока, который снижает выходное напряжение, сохраняя при этом выходной ток постоянным.

    Тепловое отключение (TSD)

    Иногда из-за непреднамеренной высокой токовой нагрузки или по другим причинам температура устройства очень быстро увеличивается, что может привести к повреждению ИС.Функция теплового отключения используется для предотвращения порчи и разрушения устройства из-за значительного повышения температуры окружающей среды. Когда схема определения внутренней температуры определяет высокую температуру, она отключает выходной транзистор.

    Выходной разряд

    Когда выходной транзистор отключается схемой определения внутренней температуры из-за высокой температуры, напряжение на клеммах V на выходе может оставаться в течение некоторого времени в зависимости от емкости нагрузки.Выходная разрядная цепь используется для быстрой разрядки заряда и снижает напряжение на клемме V до уровня, близкого к заземлению IC.

    Приложения

    • Сотовые телефоны
    • Портативные, портативные и карманные компьютеры
    • Оборудование с батарейным питанием
    • Регулирование / коммутация VCC и VPP PCMCIA
    • Бытовая / персональная электроника
    • Пострегулятор SMPS и модули DC / DC
    • Высокоэффективные линейные блоки питания
    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *