Современная электроника №9/2024

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 38 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 9 / 2024 Рис. 2. Упрощённые схемы стабилизаторов напряжения на полевом (а, б) и IGBT- (в) транзисторах делителя R2–R3 – на его неинверти- рующий вход. При таком включении ОУ, если выходное напряжение падает (например, при подключении нагруз- ки), то падает и напряжение, снятое с делителя R2–R3, а поскольку оно под- ключено к неинвертирующему входу ОУ, падает и выходное напряжение ОУ (т.е. оно становится более положитель- ным), так как ОУ стремится сохра- нить напряжение на своих входах. Более положительное напряжение, приложенное к затвору транзистора (рис. 1), заставляет его приоткрыться, отчего выходное напряжение устанав- ливается на прежний уровень. При снятии нагрузки всё происходит с точностью до наоборот, т.е. транзи- стор прикрывается, восстанавливая выходное напряжение на прежний уровень. Однако при закрытии тран- зистора существует один существен- ный нюанс. Для того чтобы закрыть транзистор, на его затвор требуется подать напряжение, близкое к напря- жению истока, т.е. входному напряже- нию. Если даже ОУ обладает так назы- ваемым свойством Rail-to-Rail Output по отрицательному напряжению, т.е. он может воспроизвести выход- ное напряжение, почти равное отри- цательному напряжению питания (–U), то всё равно он не может полно- стью закрыть транзистор, поскольку на RC-фильтре, выходным напряжени- ем которого питается ОУ, будет неболь- шое падение напряжения. Хотя, конеч- но, полностью закрывать транзистор не требуется, поскольку он должен сохранять выходное напряжение на прежнем уровне и обеспечивать хотя бы небольшой ток, проходящий через делитель R2–R3. Кроме того, неболь- шой ток также проходит через све- тодиод, подключённый к выходно- му напряжению для его индикации [3]. В сумме эти два тока составляют несколько мА. Но даже такой малень- кий ток может обеспечить не каждый полевой транзистор, управляемый ОУ по схеме на рис. 2б. Для того чтобы это было возможно, транзистор дол- жен иметь достаточно большое поро- говое напряжение затвора (V GS(th) ). Из всех полевых транзисторов, насколь- ко это известно автору, только транзи- стор IRFP4710 (IRFB4710) имеет доста- точно большое пороговое напряжение затвора (3,5–5,5 В) – см. выше. Если максимальный выходной ток стаби- лизатора составляет около 10 А, то транзистор IRFP4710 будет работать в области, очерченной зелёным пря- моугольником на рис. 1а, т.е. выходное напряжение ОУ (напряжение затво- ра) будет изменяться в пределах при- близительно от 5,5 В до 6,75 В. Но это только если транзистор холодный, т.е. его температура не больше 25°C. При большом токе (например, 8–9 А) тран- зистор будет нагреваться, и его темпе- ратура может повыситься до 40–60°C, что приведёт к смещению передаточ- ной характеристики влево (рис. 1). Но поскольку транзистор в таком режиме работы открыт и на затвор подаётся достаточно высокое напряжение, ни к какому негативному эффекту это не приведёт, и всё будет работать в штат- ном режиме. Но что будет, если снять нагрузку, когда транзистор горячий? В этом случае на его затвор необхо- димо будет подать напряжение ещё ближе к напряжению истока (так как передаточная функция смеще- на влево), и если этого напряжения недостаточно, т.е. ОУ уже не сможет подать на затвор нужное напряже- ние, может возникнуть самопроиз- вольная генерация частотой около 300–500 Гц и амплитудой в несколь- U оп -U вых -U вх З И С R1 R2 U оп -U вых -U вх -U вх U оп -U вых З RC- фильтр ИОН И С ИОН З RC- фильтр Э К R3 R2 +U -U R1 R1 +U -U R3 R2 a) б) в) Рис. 3. Принципиальная схема стабилизатора -33 -28 -5,6 К З Э -5 L Imp -5,6 pmI L pmI LpmI L (-33/-41) В [BZX384C5V6] (MC33072DR2) (7) (4) (8) (6) (5) (2) (3) (1) C9 10,0/50 C8 10,0/50 R4 10K VD1 VD1 - PESD15VL1BA + C3 470,0/50 VT1 - DG20X06T2 R6 100 + C7 220,0/50 R8 9,1K R1 36 3 1 4 DA1.1 C11 4,7/50 C5 10,0/50 R5 100 C1 10,0/50 + C2 330,0/50 R11 1,8K R7 0,005 VD3 BZT52C5V6S VD2 S562T R10 1,8K 3 2 4 1 DA2 VOM160NT R9 1K 6 9 7 5 10 -U +U DA1.2 DA1 - MC34072AMTTBG R2 2,4K + C4 470,0/50 C6 10,0/50 R3 10K C10 0,22/50