Регулятор мощности на кт117

Транзисторы КТ117.

Транзисторы КТ117

КТ117 представляет из себя специальный полупроводниковый прибор, так называемый — однопереходный транзистор.
КТ117 предназначен для работы в генераторах, в качестве переключателя малой мощности. Коллектора у однопереходного транзистора нет, а есть эмиттер и две базы — 1 и 2.

Схема эквивалентная однопереходному транзистору КТ117 выглядит вот так:

А схема звукового генератора собранная на КТ117 может выглядеть вот таким образом:

Схема получается гораздо проще, поскольку один КТ117 заменяет здесь два обычных биполярных транзистора.

Параметры однопереходного транзистора.

Максимальный ток эмиттера — у КТ117А, КТ117Б, КТ117В, КТ117Г — 30мА.

Напряжение между базами — у всех КТ117 — 30в.

Напряжение между базой 2 и эмиттером — у всех КТ117 — 30в.

Максимальная рассеиваемая мощность — у всех КТ117 — 300мВт.

Межбазовое сопротивление:

У КТ117А,Б — от 4 до 9 кОм.
У КТ117В,Г — от 8 до 12 кОм.

Максимальная рабочая частота — у всех КТ117 — 200кГц.

Коэффициент передачи — отношение напряжения включения к напряжению между базами: У КТ117А — от 0,5 до 0,7
У КТ117Б — от0,65 до 0,9
У КТ117В — от 0,5 до 0,7
У КТ117Г — от 0,65 до 0,9

Корпус транзистора пластиковый или металло-стекляный. Маркировка буквенно — цифровая.

Принцип работы однопереходного транзистора.

Итак, любой однопереходный транзистор содержит в себе один p-n переход, что и вобщем то и так понятно — из его названия. Если переход один, откуда у него тогда три электрода, и как он вообще работает? На кристалле полупроводника однородной проводимости, на некотором расстоянии друг от друга имеются омические контакты — База1(Б1) и База2(Б2). Между ними находится область p-n перехода — контакт с полупроводником противоположной проводимости, омический контакт которого является — эмиттером.

Обычно, принцип действия однопереходного транзистора рассматривают с помощью несложной эквивалентной схемы.

R1 и R2 здесь — сопротивления между выводами Б1 и Б2, а V1 — эмиттерный p-n переход. Согласно данной схемы через R1 и R2 будет течь ток,причем падение напряжения на R1 будет смещать диод в обратном направлении. Таким образом, диод будет закрыт, пока на эмиттер не будет подано прямое напряжение превышающее величину падения напряжения на R1. Как только такое напряжение подано, диод открывается и начинает пропускать ток в прямом направлении. При этом сопротивление R1 еще более уменьшается — снижается напряжение падения. Происходит лавинообразный процесс открывания транзистора.

Схема тиристорного регулятора на однопереходном транзисторе.

На рисунке ниже — схема тиристорного регулятора, с лампой накаливания в виде нагрузки.

R1 — 100 КОм — переменный, мощностью 0,5 Вт, любого типа.
Резисторы R2 — 3 КОм, R3 — 1 КОм, R4 — 100 Ом, R5 — 30 КОм — МЛТ.
VD1 — стабилитрон Д814В
VD2 — КД105Б
VD3 — КД202Р
VS1 — КУ202Н
Конденсатор С1 — 0,1МФ 400В., любого типа.
Транзистор VT1 — КТ117А
Плавкий предохранитель 0.5 — 1.5 Ампер(в зависимости от мощности лампы.)

Использование каких — либо материалов этой страницы, допускается при наличии ссылки на сайт «Электрика это просто».

9. Однопереходный транзистор.

Помимо биполярных и полевых транзисторов существует так называемый однопереходный транзистор (ОПТ), представляющий собой кристалл полупроводника, в котором создан p-n переход, называемый инжектором:

Этим переходом кристалл полупроводника разделяется как бы на две области базы. Поэтому однопереходный транзистор имеет и другое широко распространённое название — двухбазовый диод. Принцип действия транзистора основан на изменении объёмного сопротивления полупроводника базы при инжекции. В отличии от биполярных и полевых транзисторов однопереходный транзистор представляет собой прибор с отрицательным сопротивлением. Это означает, что в определённых условиях входное напряжение или сигнал могут уменьшаться даже при возрастании выходного тока через нагрузку. Когда однопереходный транзистор находится во включённом состоянии, выключить его можно только разомкнув цепь, либо сняв входное напряжение.
Участок между базами образован кремниевой пластиной n-типа и имеет линейную вольтамперную характеристику, т.е. ток через этот участок прямо пропорционален приложенному межбазовому напряжению. При отсутствии напряжения на эмиттере (относительно Б1) за счёт проходящего I2 в базе 1 внутри кристалла создаётся падение напряжения Uвн, запирающее p-n переход, При подаче на вход небольшого напряжения Uвх= Uвн переход смещается в прямом направлении и начинается инжекция носителей заряда (дырок) в базы, приводящая к снижению их сопротивления. При этом уменьшается падение напряжения Uвн, что приводит к лавинообразному отпиранию перехода — участок II на вольт-амперной характеристике:

Участок III, справа от минимума, где эмиттерный ток ограничивается только сопротивлением насыщения, называется областью насыщения. При уменьшении эмиттерного напряжения до Uвх 0.7 — коэффициент нейтрализации. Откуда Re=(0.1. 0.2)Rн.
Иногда с целью повышения термостабильности напряжения Umax, в цепь базы 2 вводят резистор R1. Резистор R2 вводят при необходимости снятия сигнала с базы 1. Его номинал рассчитывают исходя из межбазового тока и заданной амплитуды снимаемого сигнала. Обычно номинал этого резистора не превышает 100 Ом и только в отдельных случаях достигает 3кОм. Для типового однопереходного транзистора (КТ117А, Б) сопротивление Rе лежит в пределах 4. 9 кОм, а рабочее напряжение находится в пределах 10. 30 В. С помощью резисторов R1, R2 в некоторых пределах можно регулировать порог срабатывания однопереходного транзистора.

Рассмотрим простейший генератор пилообразного напряжения:

Как правило, для получения низкого сопротивления в качестве буферного каскада применяют эмиттерный повторитель. Предположим, что статический коэффициент передачи тока транзистора VT2 h_21э=50, R2=1кОм. Тогда Rн=(h_21э+1)R2 =(50+1)*1=51кОм. Отсюда R1=(0.1. 0.2)Rн=5.1. 10кОм. Поскольку напряжение Uemin=2B, a Uэб=0.6B При реализации эмиттерного повторителя на p-n-p транзисторе можно добиться некоторого улучшения рабочих характеристик, т.к. сопротивление нагрузки включается параллельно резистору R1, следовательно исключается опасность прекращения генерации из-за никого значения статистического коэффициента передачи тока транзистора или сопротивления в эмиттере. Более того, коллекторный ток утечки биполярного транзистора вычитается из эмиттерного тока утечки однопереходного транзистора, чем достигается частичная термостабилизация.

Простейший способ линеаризации пилообразного напряжения:

Применение дополнительного источника повышенного напряжения позволяет существенно увеличить номинал токозадающего резистора, что эквивалентно заряду от генератора тока. Недостаток этого способа — необходимость применения дополнительного источника.

Линеаризация с помощью конденсаторной «вольтдобавки» (следящей обратной связи):

Введение резистора R1 позволяет использовать базу 2 для синхронизации выходного напряжения.

Возможный вариант стабилизации зарядного тока со следящей обратной связью с помощью стабилитрона:

Введение дополнительного источника отрицательного напряжения постоянного тока также способствует линеаризации.

Другой способ линеаризации с помощью ГСТ:

Применение интегратора позволяет получить напряжение пилы от вогнутой до выпуклой формы:

Желаемой формы добиваются подбором резистора R3.

Возможный вариант мультивибратора:

Для получения сигнала типа «меандер» необходимо выполнить условия: R2=2R1. Работает мультивибратор следующим образом. При зарядке конденсатора транзистор VT2 открыт током заряда. Время заряда определяет постоянная времени R1C1. При включении однопереходного транзистора базоэмиттерный переход VT2 за счёт напряжения на конденсаторе смещается в обратном направлении и транзистор VT2 закрывается.

Разновидность однопереходного транзистора — программируемый однопереходный транзистор (ПОПТ) — четырёхслойный прибор, структура которого аналогична структуре тиристора за исключением того, что используется анодное управление в отличие от катодного управления у тиристора. ОПТ и ПОПТ обладают аналогичными характеристиками, однако напряжение включения ПОПТ программируется и может задаваться с помощью внешнего делителя напряжения. В отличии от ОПТ, ПОПТ более быстродействующий и чувствительный прибор. Исходя из эквивалентной схемы

можно сделать вывод, что программируемый однопереходный транзистор представляет собой выключаемый тиристор с анодным управлением. При подаче на управляющий электрод (эмиттер) более отрицательного относительно анода (база 2) напряжения ПОПТ переходит из режима отсечки во включённое состояние. Для обеспечения функционирования ПОПТ в режиме однопереходного транзистора требуется на управляющем электроде ПОПТ поддерживать внешнее опорное напряжение, которое по существу совпадает с точкой максимума. Поскольку опорное напряжение определяется параметрами внешнего делителя, его можно сделать переменным. Эта особенность и является главным отличием обычного однопереходного транзистора от программируемого однопереходного транзистора.

Пожалуй, наибольшее применение однопереходные транзисторы нашли в различных регуляторах мощности. рассмотрим несколько практических схем применения.

Фазоимпульсный регулятор мощности паяльника (до 100Вт):

работает следующим образом. Положительная полуволна питающего напряжения проходит в нагрузку практически без ослабления через диод VD2. Релаксационный генератор питается пульсирующим напряжением (в течении отрицательной полуволны), ограниченным стабилитроном VD1 на уровне 24В. С появлением каждой отрицательной полуволны конденсатор С1 начинает заряжаться через цепь R2, R4. Скорость зарядки можно регулировать переменным резистором R2. Как только напряжение на конденсаторе достигнет порога открывания транзистора VT1, на управляющий электрод тиристора VS1 поступает положительный импульс и тиристор открывается до конца полупериода. Таким образом, изменением постоянной времени фазосдвигающей цепи R2C1 осуществляется регулирование мощности, отдаваемой в нагрузку.

Простой светорегулятор на эквиваленте ПОПТ:

Постоянная времени цепи R4C1 выбрана равной примерно 10мс.

Применение реле времени на однопереходном транзисторе в автомате — ограничителе включения света:

Такой автомат может использоваться, например в общих коридорах с целью экономии электроэнергии. Необходимое время включённого состояния устанавливается подстроечным резистором R3. После заряда конденсатора до напряжения включения однопереходного транзистора, т.е. после его включения, конденсатор С1 на короткое время создаёт на аноде тиристора VS1 отрицательное напряжение и тем самым выключает его.

Простой автоматический регулятор освещённости:

может найти применение на рабочих местах, где высоки требования к постоянству освещённости.

Все рассмотренные схемы, помимо создаваемых ими помех, имеют один существенный недостаток. Так как через диоды моста течёт ток нагрузки, их необходимо выбирать соответствующей мощности или устанавливать на радиаторы, что ухудшает массогабаритные показатели.
Применение подобных регуляторов для регулирования числа оборотов двигателя имеет некоторые особенности.
Во-первых, коллекторные двигатели требуют расширения управляющего импульса до конца полупериода во избежание нестабильности работы из-за выключения тиристора или симистора при искрении щёток, т.е. при разрыве цепи. Во-вторых, для стабилизации числа оборотов независимо от нагрузки необходимо введение обратной связи по току или по напряжению, т.к. с увеличением нагрузки на валу падают обороты двигателя, уменьшается комплексное сопротивление нагрузки и соответственно увеличивается непроизводительное потребление тока.

Пример стабилизированного регулятора реверсивного двигателя:

Подбором резистора R1 (обратная связь по напряжению) добиваются минимальной зависимости числа оборотов двигателя от изменения нагрузки.

Применение импульсного трансформатора позволяет разгрузить диодный мост и тем самым улучшить массогабаритные показатели регулятора. Стабилизированный регулятор числа оборотов двигателя:

В данном регуляторе применена обратная связь по току с помощью резистора R7. В качестве импульсного трансформатора можно применить МИТ-4 или выполнить его на магнитопроводе типоразмера К16х10х4.5 из феррита М2000НМ. Обмотки содержат по 100 витков провода ПЭЛШО 0.12. Возможный вариант замены МИТ-4 двумя оптопарами показан на этом рисунке:

Регулятор мощности нагрузки до 1кВт:

Импульсный трансформатор тот же, что и в предыдущей схеме. Замена симистора двумя тиристорами показана на рисунке:

Все три обмотки импульсного трансформатора Т1 содержат по 100 витков. При этом мощность нагрузки можно увеличить до 2кВт.

В заключении необходимо отметить, что все рассмотренные регуляторы мощности имеют один существенный недостаток — создают большие импульсные радиопомехи как в сети, так и в окружающем пространстве, т.к. выключение симистора или тиристора происходит по окончании полупериода, а их включение, за счёт фазового регулирования, в пределах полупериода. Интенсивность радиопомех зависит от амплитуды мгновенного напряжения, при котором открывается тиристор, мощности нагрузки, длины соединительных проводников и ряда других причин. Отсюда следует, что максимальные помехи возникают на среднем участке регулировочной характеристики.

Регулятор мощности на тиристоре

Автор: admin Vladimir | Опубликовано 24-01-2015

Друзья, приветствую вас! Сегодня я хочу рассказать о самой распространенной самоделки радиолюбителей. Речь пойдет о тиристорном регуляторе мощности. Благодаря способности тиристора мгновенно открываться и закрываться, его с успехом применяют в различных самоделках. При этом он обладает низким тепловыделением. Схема тиристорного регулятора мощности достаточно известна, но она имеет отличительную особенность от подобных схем. Схема построена таким образом, что при первоначальном включении устройства в сеть отсутствует скачок тока через тиристор, благодаря чему через нагрузку не протекает опасный ток.

Ранее я рассказывал о регуляторе температуры для паяльника, в котором в качестве регулирующего устройства используется тиристор. Данный регулятор может управлять нагрузкой мощностью 2 киловатта. Если силовые диоды и тиристор заменить на более мощные аналоги, то нагрузку можно увеличить в несколько раз. И можно будет использовать этот регулятор мощности для электрического тэна. Я же использую данную самоделку для пылесоса.

Схема регулятора мощности на тиристоре

Сама схема проста до безобразия. Я думаю, что не стоит объяснять принцип её работы:

Детали устройства:

• Диоды; КД 202Р, четыре выпрямительных диода на ток не меньше 5 ампер
• Тиристор; КУ 202Н, или другой с током не меньше 10 ампер
• Транзистор; КТ 117Б
• Резистор переменный; 10 Ком, один
• Резистор подстроечный; 1 Ком, один
• Резисторы постоянные; 39 Ком, мощностью два ватта, два штуки
• Стабилитрон: Д 814Д, один
• Резисторы постоянные; 1,5 Ком, 300 Ом, 100 Ком
• Конденсаторы; 0,047 Мк, 0,47 Мк
• Предохранитель; 10 А, один

Тиристорный регулятор мощности своими руками

Готовое устройство, собранное по этой схеме выглядит вот так:

Так как деталей в схеме используется не очень много, можно применить навесной монтаж. Я же использовал печатный:

Регулятор мощности собранный по этой схеме очень надежен. Сначала этот тиристорный регулятор использовался для вытяжного вентилятора. Эту схему я реализовал около 10 лет назад. Первоначально я не использовал радиаторы охлаждения, так как ток потребления вентилятора очень мал. Затем я стал использовать эту электронную самоделку для пылесоса мощностью 1600 ватт. Без радиаторов силовые детали нагревались значительно, рано или поздно они вышли бы из строя. Но и без радиаторов это устройство проработало целых 10 лет. Пока не пробило тиристор. Первоначально я использовал тиристор марки ТС-10:

Теперь я решил поставить теплоотводы. Не забываем нанести тонкий слой теплопроводящей пасты КПТ-8 на тиристор и 4 диода:

Если у вас не окажется однопереходного транзистора КТ117Б:

то его можно заменить двумя биполярными собранными по схеме:

Сам я такую замену не производил, но должно получиться.

По данной схеме в нагрузку поступает постоянный ток. Это не критично, если нагрузка активная. Например: лампы накаливания, нагревательные тэны, паяльник, пылесос, электродрель и другие устройства, имеющие коллектор и щетки. Если же вы планируете, данный регулятор использовать для реактивной нагрузки, например электродвигателя вентилятора, то нагрузку стоит включить перед диодным мостом, как это показано на схеме:

Резистором R7 регулируют мощность на нагрузке:

а резистором R4 устанавливают границы интервала регулирования:

При таком положении движка резистора на лампочку приходит 80 вольт:

Обычно тиристор не открывается из-за малости напряжение на нём и скоротечности процесса, а если и откроется, то будет закрыт при первом же переходе напряжения сети через 0. Таким образом, использование однопереходного транзистора решает задачу принудительной разрядки накопительного конденсатора, в конце каждого полупериода питающей сети.

Собранное устройство я поместил в старый ненужный корпус от трансляционного радио. Переменный резистор R7 я установил на штатное место. Осталось поставить на него ручку и проградуировать шкалу напряжения:

Корпус слегка великоват, но зато тиристор и диоды охлаждаются просто великолепно:

С боку устройства я поместил розетку, чтобы можно было подключить вилку от любой нагрузки. Для подключения собранного устройство к электросети я использовал шнур от старого утюга:

Как я говорил ранее, этот тиристорный регулятор мощности очень надёжен. Я им пользуюсь уже не один год. Схема очень проста, её сможет повторить даже начинающий радиолюбитель.

Регулятор мощности на симисторе

Несложный регулятор мощности на симисторе — схема, печатные платы, немного ностальгии.

Свой первый регулятор мощности я собрал 15 лет назад, совершенно не вникая в устройство и принцип действия. Тогда он использовался для регулировки напряжения на первичной обмотке трансформатора мощного зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов. Особенность «того» регулятора была в использовании тиристора типа КУ202Н и хитрого транзистора с двумя базами КТ117Б:

Такой регулятор прекрасно подходил для регулировки тока ЗУ, но не для чего более. Кроме того транзисторы КТ117 на тот момент уже лет 20 не выпускались и все, что было в моем распоряжении — «остатки роскоши» Советского прошлого предприятия, на котором я начинал свою трудовую карьеру. Да и необходимости особой в таких регуляторах не было, потому схема была благополучно забыта лет на 10.

Некоторое время назад (лет 5), по настоятельной просьбе некоторых товарищей, пришлось вернуться к вопросу регулировки мощности устройств подключаемых к сети 220В. Необходимо было регулировать частоту вращения электродвигателя насоса, мощность электроотопителя инкубатора и просто яркость лампы накаливания. Кроме того, нужна была регулировка мощности от 0 до 100%. Поэтому новая «партия» регуляторов была сделана на симисторе и современных компонентах:

Кратко об особенностях схемы:

• Работоспособность схемы проверена неоднократно, схема отлично повторяется.
• Номиналы деталей на схеме могут отличаться от указанных в широких пределах.
• На печатной плате предусмотрены дополнительные контактные площадки под детали разных размеров.
• Фазировка подключения питания и нагрузки значения не имеет.

• Мощность симистора следует выбирать заведомо больше мощности нагрузки минимум в 2 раза, а лучше в 4. Так, например, симистор BTA16-800 по «букварю» должен выдерживать ток до 16А (х 220В = 3.5кВт), а на практике он «испускает дух» уже при 2кВт-ах, не успев даже нагреться.
• Следует соблюдать правильную цоколевку симистора при разработке собственной печатной платы. Об этом не идет речи ни в одном учебнике, но для симистора это важно — иначе регулятор просто не будет работать.

Есть три варианта печатной платы. С сдвоенным переменным резистором:

С одинарным переменным резистором:

С подстроечным резистором:

Скачать архив с схемой в формате sPlan 7.0, печатными платами в Sprint-Layout 6.0 и букварем на симисторы серии BT и BTA в PDF на английском.