Простые триггерные схемы иллюстрируют малые токи утечки мощных MOSFET

Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2018

Tom Bruhns

EDN

Схема на Рисунке 1 иллюстрирует сверхнизкие токи утечки затворов современных мощных MOSFET. Вы можете найти компоненты, которые в умеренно сухой среде будут сохранять свое состояние в течение нескольких дней. В рабочем состоянии нагрузка (это может быть лампа или звуковой излучатель) подтягивает сток транзистора Q₁ почти до уровня напряжения источника питания 12 В. Конденсатор C₁ через резистор R₂ заряжается практически до того же напряжения. Если вы нажмете на нефиксируемую кнопку S₁, конденсатор C₂ и емкость затвора Q₁ зарядятся примерно до 99% от начального напряжения C₁, в предположении, что нажатие достаточно кратковременно, чтобы C₁ не смог заметно разрядиться обратно через R₂ и сток Q₁, напряжение на котором теперь стало низким. В течение следующих нескольких секунд C₁ разряжается через резистор R₂ до нового напряжения стока Q₁, который к этому моменту начинает проводить ток через резистор нагрузки R₁.

Рисунок 1.	Эта «триггерная» схема демонстрирует низкие токи утечки затворов современных мощных MOSFET.

Конструкция этой схемы должна обеспечивать очень низкие утечки из узла затвора MOSFET. Если используемый ключ практически не имеет утечки, исключив конденсатор C₂, можно увидеть, что емкость затвора Q₁ достаточно велика для того, чтобы состояние схемы почти не менялось на протяжении нескольких дней. Если вам требуются более длительные выдержки, увеличьте емкость конденсатора C₂. Современные полипропиленовые конденсаторы должны иметь время саморазряда, измеряемое годами, при условии, что на них нет грязи и влаги, а температура воздуха близка к комнатной. Увеличивая C₂, пропорционально увеличьте C₁ и уменьшите R₂, чтобы сохранить постоянную времени R₂C₁ равной примерно половине секунды.

Если вы будет удерживать кнопку S₁ нажатой в течение нескольких секунд, эта схема поведет себя по-другому. Тогда на затворе Q₁ установится напряжение, немного превышающее уровень порога. Например, если напряжение питания равно 6 В, а в нагрузку включена 6-вольтовая лампа накаливания, и пороговое напряжение затвора равно примерно 3 В, лампа будет тускло гореть. Резкий характер зависимости изменения тока стока от напряжения затвора, то есть, большая крутизна, позволит вам при отпускании кнопки по яркости лампы наблюдать медленное изменение напряжения на затворе, обусловленное утечками внутри транзистора и вне его. Изменение яркости будет происходить, в течение нескольких секунд, однако даже если вы ничего не увидите, это не будет означать, что никаких изменений не происходит. Если нажать S₁ на кнопку несколько раз с интервалами в несколько секунд, лампа быстро переключится от полной яркости до нулевой.

Рисунок 2.	Эта схема может управлять более высокими напряжениями, поскольку подключенный к земле дополнительный резистор образует делитель напряжения, гарантирующий, что C1 не сможет зарядиться до напряжения, способного повредить затвор Q1.

Для управления более высокими напряжениями нужно между R₂ и землей подключить дополнительный резистор, чтобы образовавшийся делитель ограничивал напряжение заряда C₁ до уровня, который не мог бы причинить вред затвору Q₁ (Рисунок 2). Схема будет более практичной и способной удерживать свое состояние бесконечно долго, если добавить транзистор и несколько резисторов (Рисунок 3).

Рисунок 3.	Эта версия переключательной схемы удерживает свое состояние бесконечно долго.

Если транзистор Q₁ включен и питает нагрузку, Q₂ также открыт и через делитель R₄, R₅ поддерживает на затворе Q₁ напряжение, равное примерно половине напряжения питания. Нажатие кнопки S₁ переключает выход так же, как и раньше, и закрывшийся транзистор Q₁ выключает Q₂, позволяя резистору R₅ удерживать потенциал затвора Q₁ на уровне, близком к потенциалу земли.

Материалы по теме