Оглавление:
Давайте попробуем собрать генератор коротких импульсов с использованием недорогих и легкодоступных компонентов. Тем более что есть много интересных и полезных применений для этого универсального устройства. Вначале спроектируем задающий генератор, потом усилитель с МОСФЕТ и, в итоге, посмотрим как всё это вместе заработает.
Схема задающего генератора импульсов
Начнём проектирование и изготовление генератора импульсов ТТЛ под будущую схему драйвера.
Первый сегмент генератора импульсов представляет собой классическую схему нестабильного мультивибратора, построенную на основе повсеместно распространенной микросхемы таймера NE555.
Здесь частота генератора составляет около 102 кГц. Обратите внимание, что обычный чип таймера 555 имеет время нарастания/спада около 100 нс и токовую нагрузку 200 мА.
Этот весьма простой генератор, построенный на основе микросхемы таймера, но со своей задачей справляется.
Схема драйвера коротких импульсов
Теперь нужна дополнительная микросхема для улучшения выходного сигнала, что может помочь в надежном управлении выходным каскадом.
Вместо использования микросхемы с однократным запуском, такой как 74121, выбрана немного иная концепция.
Схема выходного каскада генератора
Ключевой компонент MC34151 представляет собой двойной инвертирующий высокоскоростной драйвер МОП-транзисторов, специально разработанный для устройств, требующих слаботочных цифровых схем для управления большими емкостными нагрузками с высокой скоростью нарастания выходного напряжения.
Эта микросхема драйвера с двумя МОП-транзисторами имеет два независимых канала с выходом 1,5 А и входами, совместимыми с CMOS/LSTTL, с гистерезисом.
Входы рассчитаны на амплитуду сигнала от GND до VCC. Каждый вход имеет резистор сглаживания 30 кОм, так что неподключенный открытый вход приведет к тому, что соответствующий выход привода будет находиться в известном высоком состоянии.
Каждый выход драйвера способен выдавать и отдавать ток до 1,5 А с типичным сопротивлением в открытом состоянии 2,4 Ом при 1 А. Каждый выход имеет подтягивающий резистор 100 кОм, чтобы поддерживать низкий уровень затвора МОП-транзистора, когда VCC меньше 1,4 В.
Кроме того, блокировка пониженного напряжения (UVLO) с гистерезисом предотвращает нестабильную работу схемы при низком напряжении питания. UVLO переводит выходы привода в низкое состояние, когда VCC повышается с 1,4 В до верхнего порога 5,8 В. Нижний порог UVLO составляет 5,3 В, что дает около 0,5 В гистерезиса.
Следующий значимый компонент (Q1) — N-канальный силовой МОП-транзистор. Его выбор будет более подробно рассмотрен далее. По умолчанию, выходной сигнал драйвера U1 может быть подключен напрямую (RG = 0 Ом) к затвору Q1.
Однако комбинация диод-резистор может использоваться, когда необходим последовательный резистор затвора для снижения высокочастотных паразитных колебаний, вызванных входной емкостью МОП-транзистора (и любой последовательной индуктивностью в цепи затвор-исток). Здесь добавленный диод Шоттки может уменьшить рассеивание мощности драйвера из-за чрезмерного звона, исключая возможность управления выходом ниже уровня земли.
Более того, в чувствительных к шуму устройствах, как кондуктивные, так и излучаемые электромагнитные помехи можно значительно снизить, контролируя время включения и выключения МОП-транзистора, путем включения резисторов и диодов в цепь затвора.
Также отметим, что скорость переключения зависит от значения сопротивления резистора затвора, то есть увеличение значения замедляет скорость переключения МОП-транзистора и увеличивает его потери. Уменьшение значения резистора затвора увеличивает скорость переключения МОП-транзистора, но может привести к возникновению импульсного напряжения между его стоком и истоком из-за эффектов паразитной индуктивности провода и других факторов.
В общем необходимо выбрать оптимальный резистор затвора. Иногда даже для включения и выключения МОП-транзистора используются разные резисторы затвора, как показано на схемах выше.
Хотя не рекомендуется использовать макетную плату для микросхемы MC34151, была собрана на скорую руку тестовая схема на стандартной макетке с мощным МОП-транзистором IRFZ44 — все отлично заработало.
