Сходинка восьма. Транзистори, частина друга (продовження)


Статью просмотрели: 321 человек

Продовження статті, початок за посиланням.

 

Транзистор здатен комутувати великі струми, а чутливість, тобто порогова напруга затвору на рівні 2.0 В. Навіть технічний паспорт має вказівку на те, що це транзистор Logic-Level Gate Drive, тобто має чутливість затвору рівня потенціалу логіки (про такий рівень потенціалу ми ще будемо говорити під час знайомства із мікросхемами цифрової логіки). Отже, цей транзистор здатен працювати напряму із мікросхемами контролерів, як силовий ключ для подальшої комутації якихось додатків.

Ще однією, суттєвою перевагою HEX транзисторів є дуже малий опір каналу у відкритому стані. Адже якщо це так, то і падіння напруги на транзисторі буде дуже малим, тож і нагрів кристалу буде значно меншим ніж у транзисторів інших видів.

До сімейства HEX транзисторів належить і досить розповсюджений та цілком доступний IRFZ44, який ви можете придбати для своїх експериментів у магазині.

 

Сучасні технології не стоять на місці, інженери працюють над вдосконаленням FET-технологій. Це дає свої результати. Я хочу коротко згадати ще про деякі види транзисторів, які також технологічно базуються на FET.

 

IGBT.JPG

Мал. 20

 

IGBT та HEMT транзистори

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistors) – біполярний транзистор з ізольованим затвором(БТІЗ). Це своєрідний гібрид біполярного транзистора із МОН-транзистором. (Мал.20) Управління струмом колекторно-емітерного переходу відбувається потенціалом на ізольованому затворі.

Такі транзистори поєднують у собі переваги польового – управління потоком струму напругою, та біполярного – здатність комутувати досить великі струми при високих напругах.

Транзистори IGBT можна часто зустріти у перетворювачах напруги, потужних акумуляторних приводах (електромобілі і т.і.) де потрібно комутувати струми у десятки-сотні амперів при відносно високих напругах.  

 

21- HEMT.jpg

Мал. 21

HEMT(High Electron Mobility Transistor) польовий транзистор із електронами підвищеної мобільності, інколи можна зустріти ще назву транзистор із гетеропереходом (Мал.21).

 

Не вдаючись до подробиць, можна узагальнено сказати – це польовий транзистор канал якого утворений поєднанням двох матеріалів із різними забороненими зонами (тобто з гетеропереходом) замість легованого прошарку, як у звичайному MOSFET.

HEMT-транзистори використовуються у високочастотних приладах, бо здатні працювати у діапазонах надвисоких частот – до терагерців. Вони використовуються у приймально-передавальних модулях для мобільного, супутникового зв’язку, радіолокаційному обладнанні. Тобто там, де потрібна велика потужність на високих частотах. 

 

Деякі схеми використання польових транзисторів

 

Мал. 22

Регулятор світлового потоку (Мал.22)

 

Простим прикладом використання потужного n-канального польового транзистора може бути регулятор міри яскравості звичайної лампочки. Для управління потоком струму, який проходить через нитку розжарення лампочки, використовується MOSFET із індукованим каналом. Змінний або підстроювальний резистор подільника напруги R2 встановлює напругу затвора, яка, у свою чергу, впливає на потік струму витік-стік, отже і на струм через лампочку. До речі, нам відомо, що основним фактором, який впливає на яскравість світіння світло діода є – струм. То чи не можна за допомогою такої схеми регулювати яскравість світіння світлодіода? Спробуйте. Лише не забувайте про обмеження максимального струму через світлодіод, можливо для цього доведеться застосувати додатковий резистор, який би це робив.

 

 

Мал. 23

Джерело струму (Мал.23)

 

У наведеній схемі, для управління n-канальним MOSFET із вмонтованим каналом, застосовано ОП (Операційний Підсилювач – аналогова мікросхема з якою ми невдовзі познайомимося). Такий симбіоз дозволяє створити високонадійне джерело струму погрішністю якого менша за 1%.

Через транзистор протікає струм споживача (споживачем може бути якийсь елемент або ділянка кола де потрібно підтримувати стабільний струм), тож транзистор і є регулюючим елементом.

Регулює потік струму через транзистор, шляхом збільшення або зменшення напруги на затворі – операційний підсилювач. Для цього на прямий вхід (позначений символом +) подано опорну (стабільну, фіксовану) напругу, у той час як на інверсний (позначений символом –) вхід подається напруга із резистора R. ОП порівнює ці дві напруги і на підставі їхньої різниці виробляє напругу управління, яка і змінює струм через транзистор роблячи його більшим або меншим в залежності від результату опрацювання вхідних сигналів.

Таке джерело струму має більш стабільніші та надійніші характеристики ніж побудоване з використанням біполярних транзисторів. До того ж втрати струму мізерні.

Чи не спало вам на думку використання такого джерела стабільного струму для живлення, скажімо – світло діодів, світлодіодних лампочок, матриць. Адже такі світлові пристрої стануть практично «вічними».

 

 

Мал. 24

Мікрофонний підсилювач (Мал.24)

 

У цій практично стандартній схемі немає нічого незвичного, за винятком того, що використано n-канальний MOSFET. Таке рішення дозволяє на вході підсилювача, як джерело звукового сигналу, використовувати мікрофони із високим імпедансом (я вже пояснював значення цього терміну у ранішніх дописах). До них належать електретні, конденсаторні мікрофони, і саме високий вхідний опір наведеного каскаду дозволяє чудово з ними співіснувати.

Резистор подільника напруги R2 виконує роль регулятора гучності.

 

Драйвер реле (цифро-аналоговий конвертор) (Мал.25)

 

Мал. 25

У схемі, наведеній на малюнку, як інтерфейс (перегородка, межа між функціонально різними об’єктами) використовується n-канальний  MOSFET із вмонтованим каналом. Така «перегородка» має на вході чутливість TTL рівня (5.0В), а на виході струм здатний керувати аналоговими споживачами із досить високим його рівнем (у показаному випадку – реле) споживання.

 

MOSFET є досить вдалим вибором для реалізації цифро-аналогового інтерфейсу; його надзвичайно високий вхідний опір і малий вхідний струм дають можливість за допомогою слабких сигналів цифрової логіки комутувати досить високі напруги чи то суттєві струми, не турбуючись стосовно допустимого навантаження вихідних кіл мікроконтролерів, цифрових мікросхем тощо.

 

Керування напрямком обертання двигуна постійного струму (Мал.26)

Двигун постійного струму із постійними магнітами обертається за годинниковою стрілкою або проти, в залежності від полярності прикладеної напруги до його виводів живлення.

 

Мал. 26

Проста схема, яка наведена на малюнку може бути використаною для вмикання чи вимикання двигуна. Також, в залежності від натиснутої кнопки, двигун буде обертатися або в одну сторону або в іншу.

 

Ця схема є типовим Н-містком і призначена для управління DC двигуном, побудована вона з використанням потужних польових МОН-транзисторів. Транзистори VT1 и VT2 – P-канальными MOSFET, а VT3 и VT4 – N-канальными. Для вмикання двигуна і управління напрямком обертання використовуються кнопки SW1 и SW2. Обидві кнопки нормально розімкненого типу без фіксації.

Працює такий драйвер досить просто. При натисканні кнопки SW1 струм проходить у напрямку VT1 – VT4 двигун починає обертатися. При відпусканні кнопки обертання припиняється. При натисканні кнопки SW2 двигун починає обертатися в інший бік, бо відкривається пара транзисторів VT2 – VT3.

Обертання двигуном можна автоматизувати. Для цього кнопки SW1 та SW2 можна замінити на транзисторні ключі (приклад наведений на Мал.25), якими можна буде керувати за допомогою мікроконтролера.

 

 

Мал. 27

 

Схема Дарлінгтона (Мал.27)

Цікаве поєднання транзисторів за принципом пари Дарлінгтона утворює емуляцію такого собі IGBT. Опір витік(Е)-стік(К) відповідає опору між електродами колектор-емітер Т1. Опір затвор-витік тяжіє до безмежності. Крутизна характеристики такої пари складає добуток крутизни характеристики Т2 та коефіцієнту підсилення Т1.

 

 

Мал. 28

Комбіноівна схема (Мал.28)

 

Ця схема, по своїй суті, є підсилювачем із потужним зворотнім зв’язком. Автор джерела позиціонує її як таку, у якій вольт-амперна характеристика майже не залежить від температури. А при використанні транзисторів із ізольованим затвором, такі характеристики зберігаються навіть при суттєвих позитивних значеннях UGS

 

Від себе скажу. Ніколи не пробував такого поєднання транзисторів. Останні дві схеми трапилися мені на очі під час опрацювання матеріалів для допису. Мабуть, варто таки спробувати.

 

Перевірка транзисторів аматором

Існує методика перевірки МОН-транзисторів за допомогою мультиметра, але вона побіжна та неінформативна, та й результати, інколи, не зовсім чіткі.

Найзручніше це робити приладом з яким ми уже зустрічалися – ECR-метром. Придбавши до нього корпус, облаштувавши такий пристрій LiPo акумулятором (я згодом розповім як це зробити) матимете чудовий похватний, портативний прилад для комплексного тестування компонентів. До речі, свій акумулятор я заряджав, мабуть, більше ніж півроку тому і він ще досі не потребує зарядки, уявіть, як надовго вистачає такого живлення. А зараз декілька фото перевірки МОН-транзисторів.

 

Мал. 29

На Мал. 29 бачимо перевірку JFET р-канального транзистора.

 

Мал. 30

Прилад нам повідомляє про те, що це саме JFET транзистор з Р-каналом. Розповідає про те, де у нього який електрод, вказуючи номери пінів підключення. Також визначає, який струм протікає каналом при певній напрузі.

 

Аналогічну інформацію стосовно типу транзистора, розташування його електродів та стартових параметрів ми бачимо на Мал. 30. Якщо будете уважними, то помітите, що транзистор має інший тип каналу та й електроди його розташовані інакше.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мал. 31

Мал. 32

Досить зручно ESR-метром перевіряти МОН-транзистори.

 

 

 

 

 

 

На двох наведених вище малюнках наведено тестування різних, хоч і однотипних MOSFET (IRFZ46N). Як ви бачите, прилад чітко визначає їхню структуру, вид та тип каналу. Розповідає про напругу відсічки, ємність затвору, а також, хотів би звернути вашу увагу на останній рядок. На Мал. 31 це падіння напруги на паразитному діоді, а на Мал. 32 вказано опір каналу. А ще в останньому рядку, як і у випадку перевірки JFET-транзистора, з’являється деталізована інформація стосовно розташування електродів. Така інформація послідовно змінюється через певний проміжок часу (декілька секунд).

Ще хотів би додати, що вигляд зображення, інформативність, мова можуть бути різними. Це залежить від версії прошивки мікроконтролера, який і є основою такого приладу.

 

Мал. 33

 

Post Scriptum!!!

Навмисно зніс цю інформацію у самий кінець допису, щоб привернути увагу. Останнім часом багато виробників у своїх Datasheet малюють у позначенні MOSFET діод (Мал.33). Дехто із аматорів помилково вважає, що цей діод вмонтований як захисний елемент і називають його швидкодіючим діодом Шотки.

Дійсно, графічне зображення дуже схоже на згаданий діод, і в більшості випадків у силових схемах перетворювачів є потреба шунтування транзисторів швидкими діодами.

Але, нажаль, у цьому випадку поява діода пов’язана із технологією виготовлення потужних МОН-транзисторів. Чому на жаль? Бо характеристики такого паразитного діода, який називається integral reverse p-n junction diode (інтегральний реверсивний діод p-n-переходу), стосовно його використання у схемах імпульсних пристроїв, далеко не такі, які б були потрібні. Іншими словами, цей технологічний діод надто повільний, тому доводиться витрачати додаткову енергію на його закриття, що призводить до нагрівання транзистора.

 

Мал. 34

Провідні світові виробники польових транзисторів постійно, і не можна сказати – безуспішно, працюють над покращенням характеристик технологічного діода і його вплив стає менш помітним, проте, переважна більшість МОН-транзисторів мають у своєму складі паразитний діод із досить великим часом зворотного відновлення. Інколи про нього можна забути, не звертати уваги, але, наприклад, у двотактних імпульсних схемах про існування такого діода забувати не можна і слід його враховувати.

 

По правді кажучи, діоди Шотки у складі деяких MOSFET таки зустрічаються (Мал. 34), втім, це не пов’язано із покращенням технології виготовлення транзисторів. Такий діод просто вмонтовують на етапі збирання транзистора докупи, як окремий безкорпусний елемент. Під час роботи такого транзистора у конкретній схемі діод Шотки «бере» на себе зворотний струм, бо він відкривається набагато швидше ніж паразитний технологічний діод.

 

Цим зауваженням мені б і хотілося закінчити допис про FET-транзистори.

 

 

-------------------------------------------------------------------

 

Враховуючи те, що стосовно дискретних елементів цей допис останній, мав намір завершити його одним махом. Та як би я не намагався його стиснути, все одно не вдалося приліпити Відступ. Але то – не біда. Заплануємо практичний відступ на наступний раз.

 

Тож до наступної зустрічі. Хай вам щастить.

 

Наступний допис – початок циклу про змінний струм та різновиди вторинних джерел живлення.

У практичній частині, сподіваюся, поговоримо про використання нашого допоміжного джерела живлення, а саме – заряджання різноманітних акумуляторів.

Комментарии к статье

Отсутствуют
  • Вы, клиент нашего интернет-магазина? Войдите чтобы оставить комментарий
    Войдите
    Впервые в интернет-магазине? Чтобы продолжить вам нужно зарегистрироваться, это займет несколько минут
    Зарегистрируйтесь