Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №5 - Федорочев

Применение "вольтдобавки" позволяет использовать ПТ при сравнительно небольшой разнице между входным и выходным напряжением:

Эмиттерный повторитель на транзисторе VT1 ускоряет процесс включения, а диод VD2 — процесс выключения (разряд входной ёмкости VT2):

Синхронные выпрямители

Диодный выпрямитель прямоугольного напряжения, выполненный на теоретически идеальных диодах, не может иметь КПД выше 94,6 % если напряжение на нагрузке равно 5 В. Такой же выпрямитель на реальных диодах с падением напряжения 0,8 В не позволяет получить КПД выше 86,2 %. Диоды Шоттки с падением напряжения 0,5 В позволяют получить КПД 0,909. Применение синхронного выпрямителя (СВ) на полевых МДП — транзисторах с падением напряжения 0,1…0,2 В повышает КПД до 0,962 и более. n = Uэф/(Uэф — Uси нас).

Входные ёмкости полевых МДП-транзисторов больше выходных, но значительно меньше чем у соответствующих биполярных транзисторов. Так, например, у КТ908 Свх = 10 нФ, в то время как у 75-ваттного 2П904 Свх — не более 200 пФ.

Характеристики переключения измеряются долями и единицами наносекунд, что на один — два порядка превосходит быстродействие биполярных транзисторов. Недостатки:

— значительная амплитуда входных отпирающих импульсов (от 5 до 15 В);

— спад крутизны S при больших токах стока.

Анализ вольт — амперных характеристик некоторых МДП транзисторов при Uж = 15 В

позволяют сделать следующие выводы:

— при снижении тока, протекающего через транзистор, пропорционально снижается напряжение сток-исток, т. е. при параллельном включении дополнительно повышается КПД;

— потери мощности на управление незначительны, т. к. ток в цепи затвора близок к нулю;

— на затвор необходимо подавать максимально возможный потенциал как прямом, так и в запирающем направлении.

Основные требования к МДП — транзисторам для применения в СВ:

— прибор должен быть полностью закрыт при нулевом потенциале затвора или при подаче на затвор запирающего потенциала;

— сток и исток прибора должны быть взаимозаменяемыми, т. е. прибор должен отпираться в обратном направлении так же хорошо, как и в прямом.

По способу управления схемы СВ с полевыми транзисторами делятся на две группы:

— с управлением по цепи затвор — сток:

— с управлением по цепи затвор — исток:

В свою очередь по способу включения транзисторов СВ бывают:

— прямого включения

— инверсного включения

Чаще используют схемы инверсного включения. Схемы

при выпрямленном напряжении 10…15 В (зависит от Uзи нас) можно упростить до вида и

соответственно.

При работе СВ на нагрузку с ёмкостной реакцией необходимо управление транзисторами в зависимости от зарядного тока, что позволяет схема с трансформатором тока (с инверсным включением транзисторов и с управлением по цепи затвор-исток):

ПТ как переменный электрически управляемый резистор.

При относительно малых стоковых напряжениях (меньше Uси нас) открытые каналы ПТ ведут себя практически как линейные резисторы, проводимость которых зависит от напряжения затвора.

Проводимость транзистора с управляющим р-n переходом:

Gк= Gкo(1 — Uзи/Uзи отс)

Проводимость МДП транзистора с индуцированным каналом:

Gк = b[Uзи — Uзи пор]

где Ь — постоянный коэффициент, зависящий от геометрических размеров и материала диэлектрика с размерностью А/В.

При смене полярности стокового напряжения линейность сопротивления (или проводимости) не нарушается, поэтом полевой транзистор может использоваться как переменный электрически управляемый линейный резистор для постоянного и переменного токов.

В качестве примера на рисунке показан управляемый аттенюатор схемы АРУЗ магнитофона:

В качестве активного элемента можно использовать транзистор типа КП103К(Л,М) или набор транзисторов типа КР504НТЗВ.

Следует заметить, что на обратное напряжение стока накладываются дополнительные ограничения. Для ПТ с управляющим р-n переходом необходимо, что бы [Uси] =< [Uзи] + 0,5 В, в противном случае при воздействии обратного стокового напряжения участок управляющего р-n перехода возле стока окажется открытым настолько, что в стоковом цепи потечёт значительный прямой ток затвора, нарушающий линейность резистора.

Если подложка МДП — транзистора имеет отдельный вывод, диапазон обратных стоковых напряжений можно увеличить, подав на подложку относительно истока запирающее напряжение.

Для ПТ с управляющим р-n переходом минимальное значение регулируемого сопротивления соответствует полностью открытому каналу (при Uзи = 0), максимальное теоретически равное бесконечности, но на практике ограниченное условием [Uси =< [Ucи нас]/2

Дальнейшее увеличение сопротивления канала путём увеличения Uзи приводит к уменьшению Ucи нас, из-за чего нарушается линейность резистора для прямых стоковых напряжений.

Начальные участки семейства стоковых характеристик полевого транзистора с управляющим р-n переходом:

Начальные участки семейства стоковых характеристик МДП-транзистора:

Зависимость сопротивления канала от напряжения затвора для транзистора типа КП102:

Зависимость сопротивления канала от напряжения затвора для транзистора типа КП303:

для этой схемы включения:

В качестве электрически управляемого резистора ПТ используют в управляемых RC-фильтрах, генераторах, аттенюаторах для осуществления автоматической регулировки усиления (АРУ) и других устройствах.

Электрически управляемый RC-генератор с трёхзвенной фазосдвигающей цепочкой в цепи обратной связи:

Каждое звено цепочки создаёт сдвиг по фазе на 60°, при этом суммарный сдвиг составляет 180°, т. е. возникает положительная ОС на частоте f = (30,5)∙RC/2 = 0,85∙RC

где R — сопротивление звеньев фазосдвигающей цепи.

Необходимо учесть, что коэффициент передачи трёхзвенной фазосдвигающей цепи равен 1/29, поэтому коэффициент усиления активного элемента должен быть К => 29.

Применение отражателя тока в гетеродине повышает стабильность частоты примерно на порядок по сравнению с обычным генератором:

Простой генератор качающейся частоты (от 300 Гц до 3,4 кГц):

Период качания от 0,15 до 0,5 с устанавливают резистором R2. На транзисторах VT1-VT3 и конденсаторе С2 собран генератор пилообразного напряжения, амплитуда которого, а соответственно