Генератор трехточка практические схемы

Механизм генерации

Упрощенно схему можно представить так:

Вместо транзистора мы ставим некий «элемент с отрицательным сопротивлением». По сути – усилительный элемент. То есть, ток на его выходе больше, чем ток на входе (так вот хитро).

К входу этого элемента подключен колебательный контур. С выхода элемента на этот же колебательный контур подана обратная связь (через кондер C2). Таким образом, когда на входе элемента ток увеличивается (происходит перезарядка контурного конденсатора), увеличивается ток и на выходе. Через обратную связь, он подается обратно на колебательный контур – происходит «подпитка». В результате, в контуре устаканиваются незатухающие колебания.

Все оказалось проще пареной репы (как всегда).

Как проверить полевой транзистор мультиметром и специальным тестером

Автор С Косенко из Воронежа в журнале Радио №1 за 2005 год показал свою разработку прибора проверки полевых транзисторов. Его имя: ППТ-01. Он объяснил принципы его работы, сборки, наладки, эксплуатации доступным языком.

Новичкам это все должно быть интересно, советую читать такие журналы и больше экспериментировать. Вам нужен практический опыт.

Сейчас подобные приборы выпускаются промышленным способом. Они позволяют проверять транзисторы, тиристоры, симисторы и другие электронные компоненты, точно узнать каждый параметр.

Доступная цена и широкие возможности этих тестеров обеспечивают их популярность. Ведь вся проверка сводится к установке выводов полупроводника в контактные гнезда и нажатию кнопки: результат автоматически отображается на дисплее.

Однако все эти операции вполне можно выполнить обычным цифровым мультиметром или аналоговым стрелочным тестером. Для этого нам потребуется посмотреть заводскую маркировку и найти по ней технические характеристики, определиться с конструкцией (JFET или MOSFET) и проводимостью канала.

Затем нужно вспомнить устройство своего мультиметра или тестера, перевести его в режим прозвонки либо измерения сопротивлений (для аналоговых приборов).

На моем карманном MESTEK MT-102 плюс присутствует на красном щупе, а минус — на черном. У вас скорее всего аналогично, но проверьте. Знак дисплея 0L (или 1 на других моделях) означает величину сопротивления (∞), которая превышает предназначенный диапазон измерения.

Проверку выполняем двумя этапами, последовательно соблюдая очередь:

  1. оцениваем исправность цепи сток-исток или, более точно, встроенного диода;
  2. анализируем открытие и закрытие выходной цепи при подаче управляющего сигнала.

Режим проверки №1

Перед началом работы кратковременно зашунтируйте все выводы полевика. Этим действием убирается возможный потенциал на его электродах, который может помешать замеру.

Результаты измерений на табло показываю для исправного мосфета. У поврежденного переходы будут отличаться: пробиты или оборваны.

На картинке показываю два измерения для n-канального транзистора. Схему его собрата с p-каналом привел для образца в правом нижнем углу. Действия для него аналогичны, а результат зависит от проводимости.

При первом замере ставим красный щуп с потенциалом плюса на сток, а черный на исток. Если диод исправен, то показания на приборе будут порядка 400-600. Это величина падения напряжения в милливольтах. Таким способом мультиметр в режиме прозвонки оценивает состояние полупроводникового перехода p-n полярности.

Для второго замера меняем щупы местами. Диод закрыт, его огромное сопротивление показывается как 0L.

Очередность этих замеров можно произвольно изменять.

Проверка мосфета положительной проводимости проводится аналогично, а индикацию на табло вам подскажет направление встроенного диода на рисунке.

Режим проверки №2

Оставляем черный щуп на истоке, а красный переставляем на затвор. Этим действием мы подаем ему положительный потенциал с мультиметра. На табло будет отображаться 0L, но транзистор должен открыться.

Проверяем открытие перестановкой красного щупа на сток. Изменение показаний на табло (единицы или десятки) станет достоверной информацией об его открытии. В этом можно убедиться, поменяв щупы между стоком и истоком. Показания останутся примерно в тех же пределах.

Теперь потребуется закрыть мосфет. Смотрим на замер №3: красный щуп ставим на исток, черный — затвор. Показание 0L.

Логика проверки p-канального типа полевика аналогична. Только надо помнить, что он открывается подачей отрицательного напряжения на затвор относительно истока, то есть «прижимается к земле».

Убедившись в исправности встроенного диода, открытии и закрытии силового перехода сток-исток, можно сделать вывод об исправности МДП транзистора.

Однако описанный метод не во всех случаях может обеспечить достоверные результаты. И дело здесь кроется в конструкции вашего мультиметра. Его выходного напряжения может просто не хватить для подачи отпирающего или запирающего потенциала на затвор.

Поэтому более достоверную проверку выполняют двумя мультиметрами:

  • одним контролируют состояние перехода сток-исток;
  • вторым управляют потенциалом на затворе.

Естественно, что заменить один из мультиметров можно самодельным источником напряжения, например, двумя батарейками АА (3 вольта) или омметром с предварительно оцененными характеристиками.

Принцип таких измерений показывает в своем видеоролике Дмитрий Гильмутдинов. Рекомендую посмотреть.

Оверклокинг

Особый интерес тактовый генератор процессора представляет для оверклокеров. К оверклокерам относят специалистов в области компьютерных технологий и просто любителей, стремящихся повысить производительность своей техники. В настоящее время оверклокинг доступен даже простым пользователям. Для изменения настроек компонентов компьютера иногда достаточно просто зайти в BIOS.

Прежде всего необходимо ответить на вопрос: за счет чего будет повышаться производительность? Здесь все очень просто. Производители компьютерных комплектующих для повышения надежности своих компонентов закладывают в них технологический запас. Именно этот запас и привлекает любителей выжать максимум из своего компьютера.

Одним из способов разгона компьютера будет замена кварцевого резонатора на кристалл, имеющий более высокую частоту. Или, например, можно убрать дополнительные элементы в виде делителей частоты из схемы генератора.

В современных компьютерах генераторы, как правило, реализуются на одной интегральной схеме. Значения тактовой частоты и множителя процессора, как уже было отмечено выше, можно изменить непосредственно из BIOS.

Начинающие оверклокеры нередко задаются вопросом, как определить модель тактового генератора. Программными средствами это сделать невозможно. Остается только открывать системный блок и искать генератор визуально.

С другой стороны, программным способом определяется модель материнской платы (AIDA64, Everest и другие). Затем для данной модели ищется подробная инструкция, а в ней вполне возможно будет найти информацию о названии генератора. А как узнать для тактового генератора значение тактовой частоты, установленное по умолчанию, и значение после разгона? Эти сведения также можно почерпнуть из инструкции для материнской платы.

Устойчивость транзистора к периодическим всплескам тока в индуктивной нагрузке

После детального изучения физики процесса периодических переключений индуктивной нагрузки понятно, что температура
перехода не является единственным деструктивным фактором. Однако, одновременно ограничивая температуру перехода и ток IAR,
можно определить область безопасной работы таким образом, что названные факторы
не приведут к деградации кристалла в режиме многократного переключения индуктивной нагрузки.

На рис. 5 изображены области безопасной работы для MOSFET-транзистора BUK764R0-55B
в режиме одиночного переключения (кривые Tj(max) = 25 ΔC и Tj(max) = 150 ΔC) и в ре
жиме периодического переключения (кривая Rep. Ava).


Рис. 5. Область безопасной работы MOSFET-транзистора BUK764R0-55B при работе на индуктивную нагрузку.
Температура канала ограничена значением Tjj(max) = 175 °C в режиме однократного переключения и Tj(avg) = 170 °C
в режиме многократного переключения

Итак, для безопасной работы MOSFET-транзистора на индуктивную нагрузку в режиме
периодического переключения необходимо
выполнять следующие условия:

  • Ток канала IAR не должен превышать максимально допустимый, указанный на диаграмме области безопасной работы.
  • Установившаяся температура перехода Tj(avg)
    не должна превышать 170 °C.

Индуктивная трехточка

Эту схему выбираю я, и советую вам.

R1 – ограничивает ток генератора
R2 – задает смещение базы
C1, L1 – колебательный контур
C2 – конденсатор ПОС

Катушка L1 имеет отвод, к которому подключен эмиттер транзистора. Этот отвод должен быть расположен не ровно посередине, а ближе к «холодному» концу катушки (то есть тому, который соединен с проводом питания). Кроме того, можно вообще не делать отвод, а намотать дополнительную катушку, то есть – сделать трансформатор:

Эти схемы идентичны.

Механизм генерации:

Для понимания того, как работает такой генератор, давайте рассмотрим именно вторую схему. При этом, левая (по схеме) обмотка будет вторичной, правая – первичной.

Когда на верхней обкладке C1 увеличивается напряжение (то есть, ток во вторичной обмотке течет «вверх»), то на базу транзистора через конденсатор обратной связи C2 подается открывающий импульс. Это приводит к тому, что транзистор подает на первичную обмотку ток, этот ток вызывает увеличение тока во вторичной обмотке. Происходит подпитка энергией. В-общем – то, все тоже довольно просто.

Преобразователь напряжения 3-12В/+15В, -15В

Преобразователь напряжения, схема которого показана на рис. 10, отличается тем, что в нем цепь нагрузки гальванически развязана от цепи управления. Это позволяет получить несколько вторичных стабильных напряжений. Использование интегрирующего звена в цепи обратной связи позволяет улучшить стабилизацию вторичного напряжения.

Рис. 10. Схема преобразователя стабилизированного напряжения с биполярным выходом 15+15В.

Частота преобразования уменьшается почти линейно при уменьшении питающего напряжения. Это обстоятельство усиливает обратную связь в преобразователе и повышает стабильность вторичного напряжения.

Напряжение на сглаживающих конденсаторах вторичных цепей зависит от энергии импульсов, получаемых от трансформатора. Наличие резистора R2 делает напряжение на накопительном конденсаторе С3 зависимым и от частоты следования импульсов, причем степень зависимости (крутизна) определяется сопротивлением этого резистора.

Таким образом, подстроечным резистором R2 можно устанавливать желаемую зависимость изменения напряжения вторичных обмоток от изменения напряжения питания. Полевой транзистор ѴТ2 — стабилизатор тока. КПД преобразователя может доходить до 70… 90%.

Нестабильность выходного напряжения при напряжении питания 4… 12 В не более 0,5%, а при изменении температуры окружающего воздуха от -40 до +50°С — не более 1,5%. Максимальная мощность нагрузки — 2 Вт.

При налаживании преобразователя резисторы R1 и R2 устанавливаются в положение минимального сопротивления и подключают эквиваленты нагрузок RH. На вход устройства подается напряжение питания 12 В и с помощью резистора R1 на нагрузке Rн устанавливается напряжение 15 В. Далее напряжение питания уменьшают до 4В и резистором R2 добиваются напряжения на выходе также 15 В. Повторяя этот процесс несколько раз, добиваются стабильного напряжения на выходе.

Обмотки I и II и магнитопровод трансформатора у обоих вариантов преобразователи одинаковы. Обмотки намотаны на броневом магнитопроводе Б26 из феррита 1500НМ. Обмотка I содержит 8 витков провода ПЭЛ 0,8, а II — 6 витков провода ПЭЛ 0,33 (каждая из обмоток III и IV состоит из 15 витков провода ПЭЛ 0,33 мм).

Малогабаритный сетевой преобразователь напряжения

Схема простого малогабаритного преобразователя сетевого напряжения, выполненного из доступных элементов, показана на рис. 11. В основе устройства обычный блокинг-генератор на транзисторе VT1 (КТ604, КТ605А, КТ940).

Рис. 11. Схема понижающего преобразователя напряжения на основе блокинг-генератора.

Трансформатор Т1 намотан на броневом сердечнике Б22 из феррита М2000НН. Обмотки Іа и Іб содержат 150+120 витков провода ПЭЛШО 0,1 мм. Обмотка II имеет 40 витков провода ПЭЛ 0,27 мм III — 11 витков провода ПЭЛШО 0,1 мм. Вначале наматывается обмотка Іа, затем — II, после — обмотка lb, и, наконец, обмотка III.

Источник питания не боится короткого замыкания или обрыва в нагрузке, однако имеет большой коэффициент пульсаций напряжения, низкий КПД, небольшую выходную мощность (до 1 Вт) и значительный уровень электромагнитных помех. Питать преобразователь можно и от источника постоянного тока напряжением 120 6. В этом случае резисторы R1 и R2 (а также диод VD1) следует исключить из схемы.

Сборка

Пройдемся по компонентам: транзисторы — любые мощные мосфеты, но стоит учитывать, что амплитуда напряжения на стоках превышает питающее в примерно три раза, советую IRFP250-260N. Резисторы два ватта 470-560 ом, стабилитрон 12-18 вольт 1,3 ватта, или супрессор на то же напряжение (у меня супрессор 1,5KE12A). Дроссель мотается проводом не тоньше 0,7мм (у меня 1 мм) на кольце из феррита или порошкового железа (сине-салатовые или желто-белые кольца из компьютерных блоков питания тоже подходят), индуктивность 50-200мкгн, оптимально 100. Диоды быстрые 400+ вольт 1+ампер (я использовал HER308). Конденсаторы пленочные не менее 630 вольт, но нежелательно, греются, суммарная емкость 0,3-1мкф, оптимально 0,6-0,7мкф. Советую использовать пару MKPH 0,3мкф, они вообще не греются. Печатную плату я оставлю внизу в формате PDF.

После запайки всех компонентов переходим к изготовлению трансформатора: на любом советском строчнике мотаем 5+5 витков монтажного провода в одну сторону, вторичкой будет высоковольтная обмотка. Ну а теперь фото красивой дуги, полученной при питании 19 вольт.

Всем спасибо за прочтение! Буду рад, если статья была полезной и интересной!

Повторяющиеся всплески тока в цепи с индуктивной нагрузкой

Процесс повторяющихся всплесков тока
в цепи с индуктивной нагрузкой можно рассматривать так же, как и одиночные. Однако
до недавнего времени большинство произво
дителей полупроводниковых приборов не да
вало рекомендаций по выбору режима рабо
ты мощных MOSFET-транзисторов на индук
тивную нагрузку в условиях многократных
переключений.

Так как всплеск тока в индуктивности
в любом случае является отрицательным
фактором, длительная работа транзистора
в условиях многократных переключений
может привести к деградации кристалла, да
же если величина всплесков лежит в облас
ти безопасной работы для одиночного пе
реключения (рис. 3)

В описанном случае не
обходимо учитывать ряд дополнительных
факторов, таких, как частота, скважность
переключений и тепловое сопротивление
Rth прибора в режиме периодических пере
ключений

Для примера будем использовать переклю
чающий каскад, показанный на рис. 1

В слу
чае многократных переключений на затвор
транзистора будут подаваться положительные
импульсы с частотой f и скважностью, как по
казано на рис. 4а

Рис. 4. Диаграммы токов и напряжений в цепи
MOSFET-транзистора при работе на индуктивную
нагрузку — многократные переключения
(a — напряжение на затворе транзистора VGS,
b — напряжение сток — исток VDS и ток в канале ID,
c — мощность, рассеиваемая на канале P,
d — температура канала Tj)

Диаграммы напряжений и токов в цепи (на
пряжение пробоя VBR, ток канала ID) будут ана
логичны соответствующим диаграммам для
режима одиночного переключения, за исклю
чением того, что максимальный ток через ка
нал (в момент снятия напряжения с затвора)
обозначен IAR (рис. 4b).

Значение мощности, рассеиваемой на кана
ле при периодическом переключении PAV(R),
можно получить, усредняя мощность, рассе
иваемую при однократном переключении
(рис. 4c). Для начала необходимо рассчитать
энергию, отдаваемую индуктивностью в слу
чае однократного переключения , тогда:

PAV(R) = EAS × ƒ (7)

Изменение температуры канала в случае периодических переключений индуктивной нагрузки показано на рис. 4d. Температура T0 включает в себя температуру подложки тран
зистора Tmb и увеличение температуры перехода во время нагружения транзистора Tcond:

To = Tmb + Tcond (8)

ΔTj(рис. 4d)— установившаяся температура перехода, связанная с рассеиванием мощности индуктивного всплеска:

ΔTj= PAV(R) × Rth(j-amb), (9)

где Rth(j-amb) — тепловое сопротивление переход — среда. Сумма уравнений (8) и (9) даст
усредненную температуру перехода MOSFET-транзистора в режиме периодических переключений индуктивной нагрузки:

ΔTavg = T o + ΔTj (10)

Виды синхронных агрегатов

Существуют следующие виды синхронных генераторов:

  1. Гидро – в нем ротор имеет отличие за счет присутствия явно выраженных полюсов, применяется при производстве электроэнергии, осуществляет работу на малых оборотах.
  2. Турбо – имеет отличия неявнополюсным строением генератора, производится от турбин разного вида, скорость оборотов довольно высокая, достигает порядка 6000 оборотов в минуту.
  3. Компенсатор синхронный – данный агрегат поставляет реактивную мощность, применяется для повышения качества электроэнергии, чтобы стабилизировать напряжение.
  4. Асинхронный агрегат двойного питания – устройство генератора такого типа заключается в том, что в нем подключается как роторная, так и статорная обмотки от поставщика токов с различной частотой. Создается асинхронный график работы. Также он отличается устойчивостью графика работы и тем, что преобразовывает разные токи фаз и используется для решения задач с узкой специализацией.
  5. Двухполюсный ударный агрегат – работает в графике короткого замыкания, воздействует кратковременно, в миллисекундах. Также испытывает аппараты с высоким напряжением.

Устойчивость транзистора к одиночным всплескам тока в индуктивной нагрузке

Причина отказа ключевого MOSFET-тран
зистора при работе на индуктивную нагрузку
состоит в превышении максимально допусти
мой для канала температуры и, соответствен
но, приводит к невосстановимому разруше
нию транзистора. Если температура канала
в случае рассеивания энергии, отдаваемой ин
дуктивностью (рис. 2e), превысит рекоменду
емое значение, прибор может быть повреж
ден. Обычно в документации на транзистор
рекомендованная температура канала указы
вается ниже максимальной, что позволяет уве
личить надежность конечного изделия.

В докладе детально описана методика оп
ределения устойчивости транзистора к оди
ночным всплескам тока в цепи с реактивной
составляющей. Область безопасной работы
может быть определена как функция макси
мального тока через канал IAS от длительнос
ти события tAV. Максимальное значение тока
через канал IAS определено таким образом, что
температура канала в течение времени tAV
не превысит 175 °C. Используя формулу (6),
можно представить область безопасной рабо
ты графически (рис. 3).

Рис. 3. Область безопасной работы MOSFET-транзистора BUK764R0-55B при работе на индуктивную нагрузку. Температура канала ограничена значением 175 °C

На рис. 3 показаны области безопасной рабо
ты на индуктивную нагрузку (одиночные вспле
ски тока) транзистора BUK764R0-55B. Кривая
Tj = 25 °C определяет область безопасной рабо
ты при начальном значении температуры кана
ла 25 °C.Максимально возможное увеличение
температуры канала вследствие поглощения
энергии, отдаваемой индуктивностью, состав
ляет 150 °C, таким образом, результирующая
температура канала не превышает 175 °C.

Кривая Tj = 150 °C определяет область безо
пасной работы при начальном значении тем
пературы канала 150 °C. Максимально возмож
ное увеличение температуры канала составля
ет 25 °C, результирующая температура канала
не превышает 175 °C.

Области, находящиеся на графике ниже кри
вых, являются областями безопасной работы
(SOA) транзистора при соответствующей на
чальной температуре канала.

Температура канала, при которой происхо
дит его необратимое разрушение, составляет
приблизительно 380 °C, что значительно
меньше Tj(max) = 175 °C. Однако длительная
работа транзистора с температурой канала,
близкой к Tj(max), не рекомендуется, так как
это может вызвать медленные изменения
структуры прибора.

Симисторный ключ

Для гальванической развязки цепей управления и питания лучше
использовать оптопару или специальный симисторный драйвер. Например,
MOC3023M или MOC3052.

Эти оптопары состоят из инфракрасного светодиода и фотосимистора. Этот
фотосимистор можно использовать для управления мощным симисторным
ключом.

В MOC3052 падение напряжения на светодиоде равно 3 В, а ток — 60 мА,
поэтому при подключении к микроконтроллеру, возможно, придётся
использовать дополнительный транзисторный ключ.

Встроенный симистор же рассчитан на напряжение до 600 В и ток до
1 А. Этого достаточно для управления мощными бытовыми приборами через
второй силовой симистор.

Рассмотрим схему управления резистивной нагрузкой (например, лампой
накаливания).

Таким образом, эта оптопара выступает в роли драйвера
симистора.

Существуют и драйверы с детектором нуля — например, MOC3061. Они
переключаются только в начале периода, что снижает помехи в
электросети.

Резисторы R1 и R2 рассчитываются как обычно. Сопротивление же
резистора R3 определяется исходя из пикового напряжения в сети питания
и отпирающего тока силового симистора. Если взять слишком большое —
симистор не откроется, слишком маленькое — ток будет течь
напрасно. Резистор может потребоваться мощный.

Нелишним будет напомнить, что 230 В в электросети (текущий стандарт для
России, Украины и многих других стран) — это значение
действующего напряжения. Пиковое напряжение равно .

Принципы работы полевых транзисторов в электронных схемах: упрощенная информация

Все сложные процессы электроники удобно представлять на примере обычного водопроводного крана с рукояткой, которая позволяет перекрывать воду или регулировать ее напор от очень тонкой струйки (течь) до максимально сильного проходящего потока.

Показал это примитивной картинкой, на которой:

  • входной патрубок с напором назван стоком;
  • место выхода воды (истечения) обозначен истоком;
  • рукоятка управления или вентиль со штоком — затвор.

Аналогичным образом работает рассматриваемая нами электрическая схема полевого транзистора. Только у нее между стоком и истоком приложено основное постоянное напряжение. Эту область называют каналом. Он выполнен из полупроводника определенной структуры:

  1. n-типа (преобладают электроны — носители отрицательных зарядов);
  2. p-типа — с излишком положительных дырок.

На чертежах эти выводы показываются одним из следующих образов.

На обозначении затвора нам надо обращать внимание на направление стрелки. У полупроводников n- канального типа она направлена на затвор, а с p- проводимостью — в противоположную сторону

Любой field-effect transistors является полупроводником, причем управляемым. Это значит, что он пропускает через себя нагрузку исключительно в одну сторону, а противоположное движение электрических зарядов всегда заблокировано.

Движение тока через полупроводниковые переходы всегда направлено от стока к истоку, как и воды в кране

Это важно запомнить.. Функции закрытия или открытия этого крана (затвора), а также роль регулирования силы потока электрических зарядов возложены на затвор

Здесь действует известный всем закон Ома:

Функции закрытия или открытия этого крана (затвора), а также роль регулирования силы потока электрических зарядов возложены на затвор. Здесь действует известный всем закон Ома:

Сопротивление среды канала управляет нагрузкой, а на него действует приложенный извне потенциал.

Говоря другими словами: энергия электрического поля, приложенная к затвору, меняет сопротивление внутренних полупроводниковых переходов и влияет на величину тока в выходной силовой цепи.

Слово «поле» здесь знаковое. Оно определило целый ряд транзисторных изделий, работающих по этому принципу управления.

Потенциал электрического поля регулирует величину сопротивления через силовой полупроводниковый слой (канал), закрывая/открывая транзистор или изменяя ток через него.

Аналогичным образом управляются биполярные транзисторы (БТ), про которые у меня на блоге опубликована предыдущая статья.

Только у них силовая цепь образована меду коллектором и эмиттером, а схема управления работает от тока, образованного приложением напряжения между базой и эмиттером. У БТ своя система обозначения выводов, но те же два внутренних контура (силовая цепь и цепочка ее регулирования).

Заостряю внимание: при одном и том же напряжении между входом и выходом полевого транзистора (сток-исток) потенциал на затворе изменяет электрическое сопротивление встроенных полупроводниковых переходов.

Причем происходит это по одному из предусмотренных заранее сценариев. О них я последовательно рассказываю дальше.