Современная электроника №7/2024

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 54 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 7 / 2024 стора на его затвор необходимо пода- вать напряжение уже выше входного напряжения. Но где его взять, если, кроме входного напряжения, друго- го напряжения нет? Для выхода из создавшегося положения чаще все- го используют два метода. Первый заключается в том, что с помощью ВЧ генератора и специальной схе- мы удвоителя напряжений входное напряжение повышается до необхо- димого уровня, добавляется к вход- ному и подаётся на затвор, и таким образом вопрос снимается. Такой спо- соб иногда используется в интеграль- ных стабилизаторах. Второй способ – в трансформатор добавляется ещё одна обмотка, выходное напряжение которой выпрямляется, сглаживает- ся конденсаторами, складывается со входным и также подаётся на затвор. Однако оба эти способа сопряжены с некоторыми сложностями и необхо- димостью применения дополнитель- ных компонентов. Во второй, альтернативной схеме включения транзистора (рис. 2б), как можно заметить, транзистор «пере- вёрнут», т.е. у него поменялись места- ми сток и исток, на который подаётся уже отрицательное входное напря- жение Uвх(–), а со стока снимается выходное стабилизированное напря- жение (также отрицательное), кото- рое является более положительным Uвых(+) по сравнению со входным. В этом случае для открытия тран- зистора на его затвор потребуется подать напряжение также более поло- жительное, чем напряжение истока, т.е. по абсолютному значению на те же 2–4 В ýже меньше входного (а не больше, как в первой схеме – рис. 2а). Таким образом, если входное напря- жение составляет, например, –41 В, то на затвор потребуется подать напря- жение –39…–37 В, с чем справится любой ОУ, если его питать входным напряжением, подаваемым на вход –U, а вход +U заземлить. Но здесь возникает ещё одна пробле- ма, к счастью, решаемая, связанная с закрытием транзистора. Для того что- бы закрыть транзистор (например, с помощью ОУ), на его затвор потребует- ся подать напряжение, равное напря- жению истока, т.е. входному напря- жению, подаваемому на вход –U ОУ. Не каждый ОУ на это способен. В схе- ме, показанной далее на рис. 4, эта проблема решена с двух сторон. Во-первых, применённый в схеме на рис. 4 ОУ ADA4522-2 обладает так назы- ваемым свойством rail-to-rail output, т.е. он способен воспроизвести выход- ное напряжение, почти равное отри- цательному напряжению питания –U (это важное свойство и использу- ется) и почти равное положительно- му напряжению питания (+U). Здесь «почти» означает, что выходное отри- цательное напряжение, которое спосо- бен воспроизвести этот ОУ, при пита- нии 30 В отличается от напряжения питания –U всего на 0,11 В, а при пита- нии 55 В – на 0,2 В (справочный листок (datasheet) на этот ОУ). Можно пред- положить, что при питании в рай- оне 40 В это отличие может состав- лять около 0,15 В. Если, например, –U = –41 В, то выходное напряжение ОУ может достигать –40,85 В. Во-вторых, в схеме рис. 4 приме- нён транзистор IRFP4710 (VT1) с очень высоким значением напря- жения смещения, о котором говори- лось выше: по справочному листку VGS(th) = 3,5…5,5 В. Из рис. 3а, отра- жающего передаточную характери- стику этого транзистора, следует, что при напряжении на затворе в 6 В тран- зистор только начинает открывать- ся, обеспечивая выходной ток всего 0,2 А (200 мА). Если мысленно прод- лить передаточную характеристи- ку (к сожалению, она показана не от нуля, как во многих справочных лист- ках на похожие транзисторы) влево ещё на 0,5 В (см. пунктирную крас- ную линию), то можно заметить, что выходной ток также существенно сни- зится. Для сравнения приведена пере- даточная характеристика транзистора STF120NF10 (рис. 3б), которая показа- на от нулевого напряжения на затво- ре, и не в логарифмических коорди- натах по оси токов (как у IRFP4710), а в прямых. Аналогичная передаточ- ная характеристика в прямых коор- динатах будет и у IRFP4710, но только сдвинутая вправо приблизительно на 2 В. У транзистора STF120NF10 VGS(th) = = 2–4 В, и он начинает отрываться уже при напряжении на затворе чуть менее 4 В, а при 6 В может пропускать ток 210 А (вместо 0,2 А, как у IRFP4710). Здесь необходимо заметить, что полностью закрывать транзистор совсем не требуется, так как он дол- жен обеспечивать выходное напряже- ние –28 В, нагрузкой которого являют- ся делитель выходного напряжения (описано далее) с током около 3 мА и светодиод (описано далее), инди- цирующий выходное напряжение – ещё около 3 мА, что в сумме составляет около 6 мА. Так вот, непосредственные измерения показали, что для обеспе- чения такого тока на затвор транзи- Рис. 3. Передаточные характеристики транзисторов IRFP4710 (а) и STF120NF10 (б) а) V GS , Gate-to-Source Voltage (V) I D , Drain-to-Source Current (A) 1 0.1 5.5 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 10 100 1000 T J =175°C T J =25°C V DS =50V 20μs PULSE WIDTH б) Id(A) 240 180 120 60 0 2 4 6 8 V GS (A) V DS (25V)