Электронный ключ

[sssvvv]

Электронный ключ

Браты, нужна ваша помощь! Уже напрочь измотался в поисках ответа на этот вопрос, выручайте. Нужно сделать электронный ключ, а именно управляющая составляющая представляет собой источник постоянного тока напряжением менее 0,2 В, при этом полезная нагрузка - источник постоянного тока напряжением 10 В, питающий потребитель, кушающий 1 А. Скажем, управляющее напряжение на базу-эмиттер менее 0,2 В, напряжение коллектор-эмиттер 10 В и ток коллектора 1 А (если проводить аналогию биполярным транзистором). Но проблема в том, что найти такие транзисторы с напряжением насыщения база-эмиттер менее 0,5 В мне не удалось. Если же вести речь о МДП или МОП транзисторах, то если я правильно понимаю суть дела - пороговое напряжение на затворе для включения транзистора должно быть менее 0,2 В, а найти такие транзисторы не представилось возможным. Подскажите, как решить эту злополучную проблему. Или я не совсем понимаю суть дела. Спасибо.

 

[Николай_С]

Всё просто - перед транзистором необходимо поставить операционный усилитель. Тогда ключ хоть милливольтами можно будет открывать.
Если такой вариант не устраивает, формируем вразумительное ТЗ.

 

[sssvvv]

Спасибо огромное за ответ. Так приятно услышать что-нибудь вразумительное от сведущих людей. Поймите правильно, уровень моих познаний в этой области мизерный, поэтому очень Вам благодарен. Вы не могли бы более развернуто написать о решении этой задачи с реальными примерами. Спасибо.zidanie:

 

[Николай_С]

Да не вопрос.
Вот симуляция, разворачивать в Хроме.

 

[sssvvv]

Спасибо за Ваш ответ и терпение. Если я правильно понимаю - то нужно использовать дополнительный источник тока (U = 0,4В) плюс несколько резисторов (два по 500Ом и одно 1кОм). Скажите какое будет напряжение и сила тока на выходе перед транзистором (на базу)? Подскажите, пожалуйста, быть может есть варианты сделать ключ при указанных выше параметрах (управляющее напряжение Uупр = 0,2В) на других принципах? Как можно обойти это ограничение по напряжению насыщения база-эмиттер в 0,5 - 0,7В (кремневые биполярные транзисторы)? Поймите, я столкнулся перед этим вопросом не имея за плечами никаких знаний в этой сфере, пришел к тому, что в биполярных транзисторах управляющую функцию играет величина тока на базе (от нее будет зависеть сила тока коллектора), но напряжение на базу должно быть не менее 0,5В, т.к. в противном случае транзистор не откроется. Позже наткнулся на статью, что на данный момент полевые транзисторы перехватили ветвь первенства в свои руки, по той причине, что в их случае ключ открывается (закрывается) в зависимости от величины напряжения (напряженности электрического поля) подаваемого на затвор, но никак не силы тока. Причем полярные транзисторы, в чистом виде, в качестве ключа скорее закрывают цепь при подаче напряжения на затвор. Т.е. для решения указанной задачи не подходят. Позже наткнулся на информацию о МОП (МДП) транзисторах с изолированным затвором, которые как раз таки работают по обратному принципу и скорее открывают ключ при подачи напряжения на затвор. Казалось бы все, наконец-то труды увенчались успехом. Ага... сейчас. Облазил сайты с целью подбора и покупки транзисторов с пороговым напряжением на затворе для включения транзистора менее 0,2В и понял, что таковых нет. Все приплыли!!! Знания - сила. Когда их нет - дело дрянь. 100% в электронике порой в цепях бегают куда меньшие напряжения чем 0,2В и как-то ведь открываю закрывают участки цепей при разных условиях. Ума не приложу. Нужно создать максимально простой ключ, управляемый напряжением 0,2В с тем, чтобы замыкать цепь с источником тока в 10В и потребителем в 1А. Выручайте.zidanie:

 

[Николай_С]

Спасибо за Ваш ответ и терпение. Если я правильно понимаю - то нужно использовать дополнительный источник тока (U = 0,4В) плюс несколько резисторов (два по 500Ом и одно 1кОм).

Эти источники тока и переменный резистор были специально введены для того, чтобы Вы их покрутили и во всём разобрались. На практике их роль выполняют резисторные делители.
А почему именно 0,2 Вольта? Если уж так хочется именно это значение напряжения насыщения, то поищите германиевые транзисторы МП39-42, П213-217, П210, ГТ806.

 

[Mr.Fix]

Для решения этой задачи Вам нужно применить компаратор, LM339 и практически любой n-канальный MOSFET транзистор.
Если будет нужно, нарисую схему с полным перечнем деталей.

 

[Kshishtoff]

А как быть с питанием для операционного усилителя?

 

[Mr.Fix]

А как быть с питанием для операционного усилителя?

цепь с источником тока в 10В и потребителем в 1А.

А если нет, то продолжать искать другое решение до посинения...

 

[sssvvv]

Спасибо огромное за Ваши ответы. Уже какая-то предметная информация: есть над чем подумать. Mr.Fix, Вы не могли бы нарисовать схему применения компаратора. Спасибо. Николай_С, спасибо за Ваше терпение, подскажите германиевый транзистор откроется при подаче на базу 0,15В и будет ли в цепи необходимы ток коллектора при использовании источника тока 10В с потребителем кушающим 0,7А? Спасибо за Вашу отзывчивость.zidanie:

 

[Mr.Fix]

Держите схему, порог срабатывания чуть более 150 мВ. Если у Вас приемлемая обстановка с помехами, конденсаторы С1, С2 можете не устанавливать. Транзистор можете поставить любой подходящий, который сможете приобрести.

 

[sssvvv]

Уважаемый Mr.Fix, спасибо Вам огромное за Ваш труд. Я несколько видоизменил Вашу схему (упростил согласно своему еще совсем не окрепшему пониманию). Взгляните, пожалуйста, и укажите ошибки, если таковые имеются. Скажите, правильно ли я понял суть дела: на вход IN подается напряжение 0,15 - 0,20 В (то самое управляющее напряжение), оно же подается на неинвертирующий вход - плюс (7), а инвертирующий вход - минус (6) подается напряжение от источника тока, питающего полезную нагрузку (потребитель - 1 А), уменьшенное резистором R2(10кОм) таким образом, чтобы номинал входящего напряжения на инвертирующий вход был менее 0,15 В (напряжение на инвертирующем входе в данном случае эталонное). На вход 3 компаратора подается не уменьшенное напряжение от питающего источника тока (т.е. - 10 В), на вход 12 компаратора - земля (минус от питающего источника тока (10 В), к примеру). Принцип действия следующий: на инвертирующий вход компаратора постоянно подается уменьшенное резистором R2 напряжение (эталонное) менее 0,15 В - компаратор закрыт,как только на неинвертирующий вход компаратора подается управляющее напряжение 0,15-0,20 В, компаратор сравнивает его с напряжением на интвертирующем входе и т.к. оно больше - компаратор открывается. Я правильно понял суть дела? Подскажите, какое в таком случае будет напряжение на выходе компаратора (1), когда он открыт. Если я правильно понимаю - именно это напряжение будет подаваться на изолированный затвор полевого МДП (МОП). Скажите в чем суть резистора R4 (1кОм) - это тот самый оттягивающий резистор? Подскажите, не будет ли потери силы тока, питающего потребитель 1 А при открытом компараторе, т.е. когда на полевик подается напряжение и затвор благополучно соединил исток и сток - замкнул цепь источник тока (10 В) - потребителя (1 А) - и земли? Еще раз спасибо за Ваш труд и терпение. zidanie:

 

[sssvvv]

Вот Вашу схему несколько видоизменил для более привычного мне вида. Укажите ошибки, пожалуйста.

 

[Николай_С]

Мдя... Понимание и впрямь ещё не окрепло.
Исключить можно только конденсаторы. И то только в случае чистого питания (от батарейки). Между питанием и стоком мосфета включают нагрузку, а не кусок провода.


P.s. Германиевые транзисторы привёл исключительно в качестве примера низкого падения напряжения на переходе база-эмиттер. Использовать их в современных схемах не рекомендую.

 

[sssvvv]

Николай, с нагрузкой между стоком и источником питания ясно - она будет представлена потребителем (кушающим 1 А), как указано на схеме, к примеру лампочке (Load).

 

[sssvvv]

Поясните, пожалуйста, почему нельзя исключить R1 и R3?

 

[derba]

R1 нужно для того, что бы при отсутствии источника сигнала на входе был ноль питания. R3 задает порог переключения компаратора. Компаратор переключается, когда напряжение на инверсном входе будет ниже , чем на прямом.
Если есть R3 напряжение переключения равно: 10в*R3/(R3+R2)=10*0.15/(10+0,15)=0,148.. Т.е. это напряжение сравнения: на прямом входе меньше 0.148в транзистор закрыт, больше -открыт. Если уберем R3, то на инверсном входе будет 10в, т.е. напряжение переключения будет 10в, и ни как не получится без R3 открыть полевик при 0.2в , или без R3 схема просто тне заработает. Вместо компаратора можно использовать современные операционные усилители (rail to rail), тогда R4 будет не нужным. Все необходимое есть внутри микросхемы.

 

[sssvvv]

Уважаемый derba, спасибо большое за ответ и Ваши пояснения к нему. Теперь картина еще больше прояснилась. R2 и R3 выступают в качестве делителей напряжения от источника 10 В, тем самым определяют эталонное напряжение на инвертирующих вход компаратора равным 0,148 В, верно? R1 необходим для того, чтобы снять имеющуюся нагрузку (напряжение) с неинвертирующего входа при отсутствии подачи напряжения на вход IN, я Вас правильно понял? Подскажите, пожалуйста, какова роль R4 и почему его нельзя исключить из схемы? Спасибо.

 

[derba]

Уважаемый derba, спасибо большое за ответ и Ваши пояснения к нему. Теперь картина еще больше прояснилась. R2 и R3 выступают в качестве делителей напряжения от источника 10 В, тем самым определяют эталонное напряжение на инвертирующих вход компаратора равным 0,148 В, верно? R1 необходим для того, чтобы снять имеющуюся нагрузку (напряжение) с неинвертирующего входа при отсутствии подачи напряжения на вход IN, я Вас правильно понял? Подскажите, пожалуйста, какова роль R4 и почему его нельзя исключить из схемы? Спасибо.

Все верно, насчет резисторов R1, R2, R3.
А вот R4, у компараторов особенность, на выходе стоит транзистор с открытым коллектором. И без нагрузки у Вас будет нулевое напряжение, ведь компаратор до предела упрощен. У операционных усилителей выход сформирован по другому, посему ОУ , когда работает как компаратор, то резистор R4 просто излишен, а вот компаратор, он так не может. Хотя есть компараторы уже со встроенный резистором, но это редко, обычно это открытый коллектор. Вот, внутренности LM393, обычно применяемого компаратора, если не поставить резистор, какое будет напряжение на выходе (на коллекторе Q16)? Естественно только 0в, вне зависимости от других напряжений.

 

[sssvvv]

Уважаемый Derba, спасибо за развернутый ответ. Подскажите, пожалуйста какое напряжение и ток побежит на затвор полевика? Не будет ли теряться полезный ток от источника тока 10 В предназначенный потребителю (1 А)? Скажем потребитель цепь которого призван закрыть полевик имеет сопротивление 5 Ом. Скажите будет ли при замкнутом полевике сила тока на потребителе 2 А (10/5=2 или около того) или же существенная часть тока потеряется на компараторе и резисторах R2 и R3? Спасибо за Вашу помощь.