Стабилизаторы напряжения на полевых транзисторах - эффективное решение для создания источников стабильного питания. В статье рассмотрены основные схемы, принцип работы, достоинства и недостатки таких стабилизаторов. Приведены практические рекомендации по их применению.
Общие сведения о стабилизаторах напряжения на полевых транзисторах
Стабилизаторы напряжения на полевых транзисторах стали применяться с 1960-х годов после появления первых серийных полевых транзисторов. Их преимущества по сравнению с другими типами стабилизаторов:
- Высокий КПД (до 98%)
- Малые габариты и вес
- Высокая надежность
- Широкий диапазон входных напряжений
- Большие выходные токи (до 100 А)
Основные параметры стабилизаторов на полевых транзисторах:
- Выходное напряжение - от 3 до 60 В
- Выходной ток - от 0,1 до 100 А
- Коэффициент стабилизации - 0,001-0,1%
- КПД - 80-98%
Стабилизаторы на полевых транзисторах применяются для питания радиоэлектронной аппаратуры, в системах бесперебойного электроснабжения, в импульсных источниках питания.
Принцип работы стабилизаторов напряжения на полевых транзисторах
Рассмотрим работу линейного стабилизатора напряжения на полевом транзисторе. Его структурная схема:
Входное напряжение подается на входной каскад, состоящий из выпрямителя и фильтра. Затем напряжение поступает на выходной каскад - полевой транзистор. Часть выходного напряжения снимается делителем напряжения и подается на вход усилителя ошибки. Усилитель сравнивает это напряжение с опорным и в зависимости от рассогласования изменяет напряжение на затворе полевого транзистора, регулируя тем самым выходное напряжение.
При увеличении входного напряжения усилитель ошибки уменьшает напряжение на затворе полевого транзистора, сужая канал и уменьшая выходное напряжение. При уменьшении входного напряжения - наоборот, открывает транзистор шире, увеличивая выходное напряжение. Таким образом достигается стабилизация выходного напряжения.
На работу стабилизатора влияют параметры полевого транзистора, делителя напряжения, опорного источника. Для высокой точности стабилизации используют прецизионные резисторы и микросхемы.
Основные схемы стабилизаторов напряжения на полевых транзисторах
Простейший линейный стабилизатор
Схема простейшего линейного стабилизатора на полевом транзисторе:
Здесь в качестве опорного источника использован стабилитрон D1. Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения. Транзистор VT1 выполняет функцию усилителя ошибки, управляя затвором полевого транзистора VT2.
Такая схема обеспечивает выходной ток до 1 А и невысокую точность стабилизации 0,5-1%. Применяется в неответственных устройствах.
Стабилизатор с повышенным выходным током
Для увеличения выходного тока используют параллельное включение нескольких полевых транзисторов:
Здесь два полевых транзистора VT1 и VT2 включены параллельно, что позволяет увеличить выходной ток до 5-10 А.
Для равномерного распределения токов через транзисторы в их цепи истока включают балластные резисторы R1 и R2.
Регулируемый стабилизатор напряжения
Чтобы сделать выходное напряжение регулируемым, в схему включают подстроечный резистор вместо постоянного:
Поворотом оси резистора R2 можно плавно изменять выходное напряжение в некотором диапазоне. Это позволяет точно установить нужное значение выходного напряжения.
Таким образом, применение полевых транзисторов позволяет реализовать различные схемы стабилизаторов с широким диапазоном параметров. Дальнейшее совершенствование технологий производства полевых транзисторов открывает новые возможности для создания еще более эффективных стабилизаторов напряжения.
Схемы импульсных стабилизаторов напряжения на полевых транзисторах
Помимо линейных, существуют импульсные стабилизаторы напряжения на полевых транзисторах. В них выходное напряжение формируется импульсным способом с помощью ШИМ-модуляции.
Основу импульсного стабилизатора составляет генератор прямоугольных импульсов, управляющий полевым транзистором. Скважность импульсов регулируется обратной связью так, чтобы поддерживать постоянное выходное напряжение.
Преимущества импульсных стабилизаторов - высокий КПД, компактность, возможность получения больших выходных токов и мощностей. Недостаток - более сложная схемотехника и высокочастотные помехи, требующие дополнительной фильтрации.
Рекомендации по применению стабилизаторов напряжения на полевых транзисторах
При выборе типа стабилизатора необходимо учитывать параметры нагрузки. Для небольших токов подойдет простая линейная схема. Для мощных нагрузок эффективны параллельные или импульсные стабилизаторы.
Полевые транзисторы следует выбирать с запасом по допустимой мощности рассеяния, особенно в импульсных стабилизаторах. Необходимо правильно рассчитать и подобрать радиатор охлаждения.
Опорные элементы и обратные связи должны иметь высокую точность для обеспечения стабильности выходного напряжения. Рекомендуется применять прецизионные резисторы и микросхемы.
При монтаже важно обеспечить надежный теплоотвод от полевого транзистора к радиатору, используя теплопроводящую пасту и крепеж. Необходимо исключить возможность короткого замыкания на плате.
Основные неисправности стабилизаторов напряжения на полевых транзисторах и методы их устранения
Рассмотрим наиболее часто встречающиеся поломки стабилизаторов на полевых транзисторах.
Нестабильность и прерывание выходного напряжения может быть связано с неисправностью элементов схемы, в частности, опорных элементов или конденсаторов фильтров. Необходимо проверить их и при необходимости заменить.
Пульсации выходного напряжения могут возникать из-за ослабления контакта полевого транзистора с радиатором. Нужно проверить крепление и припой, восстановить теплопроводность.
Причины перегрева - слабый контакт с радиатором, недостаточная площадь радиатора, выход стабилизатора за пределы мощности. Следует устранить проблему охлаждения и снизить нагрузку.
Таким образом, знание типовых неисправностей и способов их устранения поможет оперативно восстановить работу стабилизатора напряжения на полевом транзисторе.
Современные микросхемы стабилизаторов напряжения на полевых транзисторах
В настоящее время широко применяются интегральные микросхемы стабилизаторов напряжения на полевых транзисторах. Они содержат в одном корпусе все необходимые узлы схемы.
Преимущества интегральных стабилизаторов - миниатюрность, удобство использования, стабильность параметров, низкая стоимость. К недостаткам можно отнести фиксированные выходные характеристики и ограничения по току и мощности.
При выборе микросхем следует обращать внимание на значения выходного тока и мощности, диапазон входных напряжений, точность стабилизации, наличие защит от перегрева и короткого замыкания.
Таким образом, интегральные стабилизаторы удобны для применения в небольших устройствах, а дискретные схемы на полевых транзисторах незаменимы в мощных источниках питания.
