1. Идея и кремниевый транзистор.
2. То же, только с германиевым транзистором.Упрощаем и сравниваем.
3. Возвращаемся к кремнию. Работаем над КПД.
4. Полевой транзистор.
5. Стабилизируем выходное напряжение.
6. Полевой транзистор и снова о КПД.
Кремниевых транзисторов много и они недорогие. Последний фактор, во многих случаях, решающий. Если есть малейший шанс их утилизировать, то это нужно делать.
КПД подобных схем лежит достаточно низкое. Но важно знать почему, и как с этим бороться. Экспериментировать будем на первой схеме.
Первое, что бросается в глаза, это наличие выпрямительного диода D1. На нем мы честно теряем 0,7 Вольта. При напряжении на белом светодиоде около 2,8V легко посчитать, что потери будут 20%.
Потери на переключение транзистора можно не учитывать, тк благодаря большой индуктивности, преобразователь работает на очень низкой частоте (3 - 5 кГц). Туда же отнесем потери в трансформаторе (в сердечнике и на сопротивление катушек).
Транзистор, 90% времени, находится в открытом состоянии, что требует наличия базового тока. Если предположить, что коеэфицент усиления по току равен 10, то это еще 10%, которых мы не досчитаемся.
Биполярные транзисторы, в отличии от полевых, никогда полностью не открываются. Между коллектором и эмитером всегда остаестя небольшое напряжение. Его можно посчитать, но проще посмотреть на осциллографе.
При напряжнии на преобразователе 1,001V и токе 39,8mA, интересующая нас часть осциллограммы на фото, ниже.
Опуская ненужные подробности, напряжение на коллекторе в момент открытия транзистора - 0,2V, а на момент закрытия 0,4V. В среднем - 0,3V. Таким образом, из 1 Вольта питания мы не досчитываемся 0,3V, что ограничивает КПД до 70%. Для более низкого напряжения питания ситуация ухудшается. К примеру, то же, только при напряжении питания 0,4V.
Здесь, при среднем напряжении на коллекторе 0,28V и напряжении питания 0,4V, мы недосчитываемся 70% только потому, что транзистор полностью не открывается..
Что бы не тянуть кота за рога, для полного представления где мы находимся по КПД необходимо постмотреть что происходит на резисторе R1 (1 канал, 1В/дел.), и за компанию, на базе транзистора (2 канал,2В/дел.).
Средний ток через резистор 47 Ом (R1) - 18mA, с учетом скважности импульсов - около 14mA. То есть, из 40mA, которые схема потребляет от напряжения 1V, 14mA (35%) бесполезно расходуются на открывание транзистора. Из оставшихся 65% напряжение насыщения транзистора отбирает 30%. Остается 46% из которых 20% теряется на выпрямительном диоде, что в результате дает общий КПД схемы около 37%. А это очень мало.
Если такой преобразователь работет от фиксированного источника напряжения, скажем 1,0 Вольт, то можно подобрать R1,C2,Q2,D1 и догнать КПД до 55%. Но тогда он либо перестанет запускаться на низких напряжениях, либо увеличение / уменьшение напряжения питания будет сильно влиять на КПД.
Существует несколько вариантов решения проблемы.
Логически напрашивается вариант замены биполярного транзистора - полевым. Он не потребляет ток по цепи затвора и не имеет остаточного напряжения между Стоком и Истоком (аналог коллектора и эмитера).
Второй вариант - оставить все как есть и использовать блокинг генератор на биполярном транзисторе для запуска мощного преобразователя, выполненного на полевом транзисторе.
О том, что можно сделать и почему это работает или не работает - на следующей странице.