08.04.21

[Домашняя]

Полевые транзисторы с изолированным затвором стали применяться 8 электронных устройствах относительно недавно, но достигли за короткое время широкого распространения. Наиболее часто такие транзисторы используют в качестве мощных электронных ключей, работающих на частотах до единиц мегагерц. В то же время, нет никаких особых препятствий применять полевые транзисторы с изолированным затвором в активном усилительном режиме.

Маломощные высоковольтные п- канальные полевые транзисторы КП501А рассчитаны на:

-           максимальное напряжение сток- исток 240 В;

-           максимальный ток стока 0,18 А;

-           максимальную рассеиваемую мощность 0,5 Вт,

Изначально эти транзисторы предназначались для применения в качестве электронных ключей устройств проводной телефонии, но их можно применять и в схемах иного назначения. Схема высокочастотного генератора на одном транзисторе КП501А представлена на рис.1.

Здесь Z1 — пьезокерамический фильтр от узлов ПЧ радиоаппаратуры и устройств беспроводной связи. Генератор устойчиво возбуждается с большинством трехвыводных фильтров и резонаторов, например, с ФП1П-0,24 на частоте 465 кГц, с CFW455U на частоте 455 кГц, с ФП1П-049 и SFE10.7MA на частоте 10,7 МГц, а также со многими пьезокерамическими фильтрами от блоков цветности телевизоров, устройств телефонии и т.п. Полная амплитуда сигнала (от пика до пика) на выходе этого генератора обычно близка к напряжению питания, правда, с некоторыми экземплярами фильтров получалась меньше. Неожиданным оказалось то, что один из импортных фильтров типа CFW455U уверенно возбуждался на 4-й гармонике. В этом генераторе на месте Z1 можно использовать пьезоэлектрический звукоизлучатель с отводом, который будет работать на частоте собственного механического резонанса. Будет работать и LC-контур с трансформаторной связью между обмотками, резонансную частоту которого легко перестраивать в широких пределах. Некоторые типы ультразвуковых линий задержек и фильтров на ПАВ также подойдут, но может потребоваться незначительная модернизация схемы. На рис.2 приведена схема генератора, в котором частота задается кварцевым резонатором Z1.

На его месте было проверено более 30 кварцевых резонаторов импортного и отечественного производства на рабочие частоты от 500 кГц до 28 МГц, и все они устойчиво возбуждались. При этом полная амплитуда сигнала на выходе на частотах до 15 МГц была близка к напряжению питания. Следует отметить, что большинство распространенных резонаторов на диапазон 27 МГц, предназначенных для устройств беспроводной радиосвязи, являются гармониковыми, и в этом генераторе возбуждаются на первой гармонике (8,7...9,3 МГц). Приятное исключение составляют широко распространенные резонаторы для игровой приставки "Денди", которые работают на частоте 26,6 МГц. Металлический корпус резонатора необходимо соединить с общим проводом, иначе будет наблюдаться ча­стотная модуляция сигнала внешними наводками. Подбором емкости конденсатора С1 от единиц до сотен пикофарад можно подстроить частоту генерации. Выходной сигнал рассмотренных генераторов в большинстве случаев можно подавать непосредственно на входы цифровых микросхем. При работе на относительно низких частотах и применении микросхем с высоким быстродействием для их четкого переключения может потребоваться сигнал прямоугольной формы, который легко сформировать компаратором или триггером Шмитта. Для настройки этих генераторов необходим осциллограф и цифровой частотомер с активным высокоомным выносным щупом (с входной емкостью не более 5 пФ). На рис.3 представлена схема генератора для любителей эксперимента.

При определенных условиях на его выходе образуется группа частот от звуковых до сотен мегагерц. Катушки L1 и L2 представляют собой отрезки монтажного провода длиной 5... 10 см или 2...5 витков обмоточного провода на оправке 04 мм. Подключив пьезоэлектрический излучатель BF1 и меняя индуктивность катушки L1 и напряжение питания, можно получить звуковые сигналы различной частоты и характера звучания. При экспериментах с этим генератором следует быть осторожным, так как он дает весьма мощное радиоизлучение, которое может заглушить радио и телеприем в радиусе до 10 м. Совместное использование полевого транзистора КП501 и элементов маломощных микросхем серии 1533 (ТТЛШ) позволяет получить прямоугольные импульсы частотой менее 10 Гц с крутыми фронтами и пригодные для дальнейшей обработки быстродействующим микросхемами ТТЛШ или КМОП. Предлагаемая схема позволяет в ряде случаев (когда не требуется высокая стабильность) обойтись без применения специализированных генераторных микросхем. Но не следует упускать из вида, что работающий на относительно высокой частоте задающий генератор и следующие за ним счетчики-делители частоты могут быть источниками интенсивных наводок на близкорасположенные высокочувствительные аналоговые узлы. В генераторе, схема которого приведена на рис.4, в активном режиме работает только транзистор VT1.

Период переключения зависит, в основном, от параметров цепочки С1- R2-R6 и при указанных на схеме номиналах этих элементов составляет около 120 с. Цепочка R1-R4, создавая небольшую положительную обратную связь, улучшает стабильность генератора. Из-за несимметрии порога переключения длительность высокого и низкого уровня на выходе генератора не одинаковы. В тех случаях, когда они должны быть равны (меандр), целесообразно выход DD1.3 подключить к делителю частоты на 2, например, выполненному на D-триггере КР1533ТМ2. и скорректировать параметры времязадающей цепочки. Если потребуется работа генератора в диапазоне звуковых частот, то общее сопротивление резисторов R2 и R6 целесообразно выбрать в интервале 0,1--1 МОм, а конденсатор С1 устано­вить емкостью нескольких десятков-сотен пикофарад. На рис.5 показан простерший однокаскадный инвертирующий усилитель напряжения переменного тока.

Этот усилитель на низких частотах обладает входным сопротивлением около 5 МОм. С указанными на схеме типом транзистора VT1 и сопротивлением резистора R4 коэффициент усиления по напряжению достигает 60, что составляет коэффициент усиления по мощности более 80000. Напряжение автоматического смещения на затвор VT1 поступает с его стока через высокоомную цепочку R1-R3. Конденсатор С1 устраняет отрицательную обратную связь по переменному напряжению, что ведет к увеличению чувствительности этого каскада. Одной из немаловажных особенностей усилителей на МОП-транзисторах является то, что их входное сопротивление не зависит от полярности входного сигнала, что искажает его значительно меньше, чем в аналогичных усилительных каскадах на биполярных транзисторах. На рис.6 изображен однокаскадный МОП-усилитель, нагруженный на динамическую головку.

Для согласования относительно высокого выходного сопротивления усилительного каскада и низкого сопротивления динамической головки используется понижающий трансформатор Т1. Основное отличие от схемы предыдущего усилителя — наличие резистора R4, от сопротивления которого зависит коэффициент ООС по переменному напряжению. Чем больше сопротивление этого резистора, тем глубже ООС при одинаковом выходном сопротивлении источника сигнала и тем меньше вносимые им искажения в сигнал, но и тем меньше усиление. Схема простого генератора звукового сигнала, полученного из усилителя на рис.6, показана на рис.7.

Чтобы возникла генерация, усилитель необходимо охватить положительной обратной связью по переменному напряжению, что достигается подключением конденсатора С1 к одному из выводов вторичной обмотки понижающего трансформатора. Простейшая одноканальная светомузыкальная приставка, которую можно использовать для светодинамического освещения салона автомобиля во время стоянки или освещения полянки во время пикника, изображена на рис.8.

Она собрана на двух п-канальных полевых транзисторах. На транзисторе VT1 выполнен предварительный каскад усиления, выпрямитель напряжения переменного тока реализован на диодах VD1 и VD2. Нагрузкой детектора служит резистор R6. На мощном полевом транзисторе VT2 собран силовой ключ, нагруженный на автомобильную лампу накаливания. Транзистор IRF541 допускает ток стока до 28 А и может рассеивать мощность до 150 Вт. В этом устройстве VT2 необходимо устанавливать на мощный теплоотвод. Для удобства регулировки чувствительности на входе желательно установить переменный резистор. Если потребуется аналогичное устройство для управления лампами накаливания, подключенными к общему "минусу" ("массе") автомобиля, схему устройства следует несколько модернизировать (рис.9), заменив мощный п-канальный полевой транзистор на р-канальный.

Известно, что ток срабатывания электромагнитных реле заметно больше тока удержания их контактов в замкнутом (разомкнутом) состоянии. Из этого следует, что нет необходимости подавать на обмотки реле полное напряжение питания в течение всего периода нахождения реле в активном состоянии. Если время включения реле превышает 5...20 с, то целесообразно после срабатывания реле ограничить протекающий через его обмотку ток. Это не только сделает устройство более экономичным, но и уменьшит нагрев обмотки реле. Для этого можно собрать узел коммутации обмотки реле по схеме на рис.10.

При подаче на управляющий вход напряжения высокого уровня открывается транзистор VT1, но максимальный ток через него ограничен резистором R2. Чтобы контакты реле быстро переключались, установлен вспомогательный ключ на транзисторе VT2, который открывается на короткое время в момент подачи управля­ющего напряжения. Время, на которое открывается VT2, зависит от емкости С2 и сопротивления R3. Чем больше их номиналы, тем на большее время открывается VT2. Для быстродействующих герконовых реле емкость конденсатора С2 можно уменьшить в 2...4 раза. Сопротивление токоограничительного резистора R2 должно быть достаточным, чтобы реле не отключалось при ударах, вибрациях или при незначительном снижении напряжения питания. В описанных конструкциях можно применить постоянные резисторы МЛТ, С1-4, С1-14, С2-23. РПМ, КИМ-0,125 и другие малогабаритные общего применения. Неполярные конденсаторы — керамические, К10-17, К10-50 или КМ-5. Конденсатор С1 в схеме на рис.4 — пленочный, типа К73-17, К73-24. Остальные конденсаторы — оксидные К50-35. К50-68. К50-24, К50-29. К53- 19, К53-30 или импортные аналоги. Диод КД243А можно заменить любым из серий КД243, КД208. КД209, КД105, 1N4001...1N4007, UF4001...UF4007. Вместо диодов КД522А можно установить любые маломощные кремниевые или германиевые, серий 1N4148, 1N914, КД522, Д9, Д18, Д20. Полевой транзистор КП501А можно заменить на любой из серий КП502, КП504, КП505, K1014iai, BSS138, BZN254. В схеме на рис.10 целесообразно устанавливать более мощные транзисторы из серии КП505. В схемах высокочастотных генераторов лучше применять транзисторы серий КП501, КП504, ZVN2120, ZN2120. Если в коммутаторе на рис.10 установлено более мощное электромагнитное реле или коммутатор будет работать при напряжении питания 24...40 В, то на­дежнее применить более мощные п- канальные полевые транзисторы, например, КП7131А9, IRF7101 (ток стока — до 3,5 А, рассеиваемая мощность — до 2 Вт при напряжении питания до 20 В); КП7132А, HUF7507P3 (ток стока — до 15 А, рассеиваемая мощность—до 45 Вт при напряжении питания до 55 В). Транзистор IRF541 можно заменить на IRF540, IRF251, КП746А, КП723А, IRFZ44, IRFZ40. Вместо IRF9540 можно установить КП785А, КП784А. При монтаже полевых транзисторов следует принимать меры по их защите от пробоя статическим электричеством, для чего их выводы временно закорачивают проволочными пере­мычками. Цоколевка выводов полевых транзисторов показана на рис.11.

Зарубежный аналог интегральной микросхемы КР1533ЛАЗ — SN74ALS00A. Ее можно заменить аналогичной микросхемой серий К555, К155, содержащей нужное число инверторов (ЛЕ1, ЛН1 и др.). Понижающий трансформатор — типа ТАГ-111-4 от абонентского громкоговорителя. Вместо звукоизлучателей НРА17А. ЗП-5 можно попробовать любые пьезокерамические без встроенного генератора, например, ЗП-1. ЗП-22, НРА22А. Динамическая головка—любая широкополосная мощностью от 1 Вт и сопротивлением катушки от 4 Ом, например, NY5090-40 (8 Ом, 8 Вт), R206SJ (16 Ом, 3 Вт), ЗГДШ-7-4 (4 Ом, 3 Вт).

Радиомир №9 2012г стр. 21