Продолжая тему о полевых транзисторах типа Mosfet, хочется напомнить, что двухпереходным полупроводниковым приборам в этом году исполняется 75 лет. Печатное издание The New York Times, первого июля 1948 года, после важных сообщений о радиопьесах, в конце рубрики «Новости радио» поместили такую строку: «вчера впервые был представлен прибор под названием транзистор, который имеет несколько применений в радио там, где обычно используется электронная лампа».
Тогда слово «транзистор» в печати использовалось впервые. Сейчас же, он не только называется с разными приставками и прилагательными, но и применяются там, где лампы попросту не могут. Впрочем, не хочу сказать, что полупроводники вытеснили вакуумные аналоги окончательно и безповоротно, чтобы не обижать любителей ламповой аудиотехники. Но таких представителей полевых транзисторов, как, например Mosfet, действительно сложно чем заменить. Во второй части описания Mosfet-транзистора Metal-Oxide-Semiconductor (металл-окисел-полупроводник) и Field-Effect-Transistors (полем управляемый транзистор) будет изложено практическое их применение.
Области применения Mosfet-транзисторов
Модели Mosfet-транзисторов в массовом использовании появились сравнительно недавно. Но, всё же им уже успели напророчествовать закат! Мол появились новые, более эффективные нитрид-галлиевые (GaN) транзисторы, а также, мол, не стоит забывать о конкурентах IGBT. Ведь последние по некоторым свойствам превосходят рассматриваемые. Мы их попробуем осветить в наших последующих статьях в год 75-летия транзистора. Но сейчас, если представить область применения Mosfet-транзисторов, то вряд ли им в ближайшее время будет найдена достойная, а главное эффективная, замена.
На данное время Mosfet-транзисторы используются не только, практически, в любом девайсе, но и в составе многих интегральных компонентов. В чипах или микросборках они применяются в качестве экономичных электронных ключей. Эту же роль выполняют и дискретные мосфеты, практически в любой электронной аппаратуре.
Интересно знать: Энергоэффективность обеспечивается не только малой энергией управления, но и крайне высоким сопротивлением закрытого перехода силовой цепи мосфета. А вот очень малое сопротивление открытого состояния создаёт незначительное падение мощности на устройстве.
Пользователи привыкли к электронному выключению приборов и инструментов. Реализовать эту функцию без КМОП-транзисторов было бы крайне сложно.
И ещё. Владельцы аппаратов и гаджетов, работающих на аккумуляторах, полюбили такую «фишку», как отображение заряда батареи в процентах. Но, для реализации измерения тока потребления требуется шунт. А это громоздкий и неэкономичный пассивный компонент. Устанавливать его в миниатюрные наушники или скрытные мини-камеры было бы, по меньшей мере, издевательством. Но, топология измерения тока потребления на шунте, которым является открытый переход Mosfet-транзистора, – наиболее эффективное решение.
Есть несколько очень примечательных достоинств мосфета, которые придают ему специфическое использование. Из них основные:
- малая энергия управления;
- низкое сопротивление перехода в открытом состоянии;
- прямая характеристика сопротивления открытого силового перехода;
- высокое сопротивление закрытого транзистора.
Такие свойства очень удобны при использовании Mosfet-транзистора в качестве ключей для управления питанием и нагрузками. Интегральные компоненты, на базе таких полупроводниковых ключей, могут эффективно коммутировать несколько линий, управлять шинами питания и светодиодными индикаторами. При этом для включения требуется мало энергии, а закрытый ключ, практически, не пропускает ток. При большом количестве каналов коммутации, например, в матрицах, это позволяет достигнуть заметной экономичности.
Схема на Mosfet-транзисторе для самостоятельного повторения
Лучший способ понять специфику транзисторов – попробовать собрать и настроить устройство самостоятельно. Предлагаем схему высоковольтного стабилизатора для повторения.
Стабилизатор напряжения для лампового усилителя Hi-Fi Audio
К нашему призыву представить схему с использованием Mosfet-транзистора откликнулся Александр К. Он представил топологию стабилизатора напряжения 230 – 340В с подробным описанием. Принципиальная схема изображена на картинке.
Выходное напряжение зависит от значения стабилизации цепочки стабилитронов VG1 – VG11, с напряжением стабилизации каждого 20 – 31В. V2 – с минимальной ёмкостью коллекторного перехода, а V3 – с максимально возможным импульсным током базы. От качества транзистора V2 зависят шумы на выходе стабилизатора. Для исполнительного ключа используется N-канальный мосфет STW11NK100Z, напряжением до 1кВ. R3 – устанавливают рабочий режим стабилитронов. Более подробные описания работы устройства имеются в комментариях статьи части 1.
Все резисторы лучше использовать мощностью, не менее 0,5 Вт, а R6 – 1-2Вт. Но, ещё лучше применить малошумящие С2-29В. Входное напряжение должно быть примерно на 20% выше предполагаемого для стабилизации. Транзистор V4 требуется установить на теплоотвод от мощного процессорного радиатора с кулером. При этом изоляционную прокладку ставить нежелательно, так как она увеличит тепловое сопротивление. Лучше заградить радиатор и саму плату модуля пластиковой или металлической решёткой.
