ПРИВІТ СТУДЕНТ! реферати, курсові, дипломні роботи, презентації Повна версія сайту
Біполярні транзистори (БТ) випускаються двох типів: n-р-n і р-n-р. Перший (n-р-n) тип переважає в силовій електроніці і тому подальше обговорення транзисторів буде орієнтоване на цей тип БТ.
Біполярні транзистори набули широкого поширення в якості регуляторів напруги або струму. Транзистори можуть працювати в лінійному або ключовому режимі. У лінійному режимі робоча точка транзистора знаходиться в активній області і під дією струму бази щодо повільно переміщається по навантажувальної лінії. У режимі перемикання робоча точка «швидко» переходить з області відсічення (стан низької провідності) в область насичення (стан високої провідності). Швидкість і траєкторія руху залежать від параметрів ланцюга навантаження, частотних властивостей транзисторів, значення і форми базового струму. Розглянемо роботу транзистора з активним навантаженням.
На інтервалі часу [0, t1] некерований струм Ікс = Iкбо створює на базовому резисторі Rб відмикає напруга, що відкриває транзистор (робоча точка Про знаходиться на кордоні області відсічення), тому для повного замикання транзистора необхідно задати негативний струм бази Іб = -Iкбо. При цьому робоча точка переміститься на границю області відсічення, в точку Б.
З надходженням імпульсу струму бази Iббн. а саме імпульсу, більшого, ніж необхідно для переміщення робочої точки на кордон насичення, починається перемикання транзистора і його струм колектора прагне до величини Ік = Іб B, де В - коефіцієнт передачі транзистора по струму в схемі з загальним емітером. При досягненні значення Iкп = (Е - Uкен) / Rк зростання струму припиняється, а надлишковий струм бази, тобто та частина, яка перевищує величину Iбн. веде до накопичення заряду в базовій області. Зі збільшенням коефіцієнта надмірності К1 = Іб / Iбн зменшується час включення транзистора. На інтервалі включення [t1. t2] струм колектора змінюється практично по експонентному закону, з постійною часу ТЕ = 1 / fгр. де fгр - гранична частота підсилення транзистора.
Вважаючи, що за час включення (tB) струм колектора досягає рівня 0, 95 від сталого значення, визначимо величину tB:
Для коефіцієнтів надмірності K1 = 1, 2, 4 значення iB відповідно рівні: tB (1) = 2, 994те. tB (2) = 0, 64те. tB (4) = 0, 27те.
У момент часу t3 починається процес вимикання транзистора. Повний час вимикання складається з часу затримки, пов'язаного з розсмоктуванням надлишкових носіїв в області бази, і часу спаду струму. Обидва інтервалу залежать від надмірності зворотного (замикаючого) імпульсу базового струму. В окремому випадку пасивного замикання (Іб = 0) і при досить малому базовому опорі Rб (в довідниках ця умова обмовляється спеціально) час розсмоктування дорівнює величині, яка визначається співвідношенням tp = lnK1. а час спаду величиною tc = 4те.
При активному замиканні транзистора негативним струмом бази з кратністю К2 = -Iб В / Iкн часи розсмоктування і спаду
Таким чином, швидкодія ключа дуже сильно залежить від значення і форми базового струму. Оптимальна форма імпульсу керуючого струму повинна забезпечити достатню надмірність струму на передньому фронті (К1 = 2. 3), зниження надмірності до рівня К1 = 1,5 до кінця інтервалу відмикання, велику надмірність негативного імпульсу струму бази (К2 = 3. 5) на інтервалі розсмоктування і спаду струму і подальше зниження величини струму до значення Iкбо.
Величина імпульсу струму на передньому фронті + Іб визначається напругою джерела Е1 і паралельно включеними резисторами R5 і R6. У міру заряду конденсатора С1 величина імпульсу струму зменшується. Замикаючий імпульс Іб формується джерелом Е2 при відкриванні транзистора УТ4.
Так як транзистор пропускає струм тільки в одному напрямку, то в ланцюгах із змінним напрямком струму паралельно транзистору включають зустрічній діод VD.
Втрати потужності в транзисторі Рк підсумовуються з втрат в базі і втрат в колекторі. Обмежуючись останньої складової, запишемо вираз для наближеної оцінки Рк. орієнтуючись на лінійний закон зміни напруги і струму на інтервалах перемикання:
де Iкн. Uкен - струм колектора і напруга на колекторі транзистора на інтервалі насичення; Т - період повторення; Тн = t4 - t2 - тривалість інтервалу насичення.
У практичних схемах в колекторної ланцюга силового транзистора обов'язково присутні індуктивності (наприклад, паразитні індуктивності проводів), в результаті чого траєкторія перемикання транзисторів не збігається з лінією резистивного навантаження на сімействі вихідних характеристик. Надійна робота транзистора забезпечується, якщо робоча точка при перемиканні не виходить за межі області безпечної роботи (ОБР). Межі ОБР визначають допустимі значення параметрів в різних режимах і наводяться в довідниках.
Для зменшення потужності комутаційних втрат і попередження небезпечних режимів роботи ключів застосовується великий набір схемотехнічних прийомів.
Введення дроселя насичення L1 в колекторний ланцюг транзистора VT1 дозволяє обмежити швидкість наростання колекторного струму транзистора і тим самим зменшити втрати потужності при його відкритті. Для розряду енергії, накопиченої цим дроселем на інтервалі відкритого стану транзистора, паралельно йому включені діод VD1 і резистор R1. Для зменшення швидкості наростання колекторного напруги і тим самим зменшення втрат потужності при виключенні паралельно транзистору включається конденсатор С1. Заряд С1 здійснюється через діод VD2, а його розряд при відкриванні транзистора - через резистор R2.
У реальних пристроях електроживлення струм навантаження змінюється, як правило, в широких межах. Тому в разі реалізації ключів на біполярних транзисторах досить складним завданням є підтримка базового струму на рівні, що гарантує певну величину коефіцієнта надмірності К1. Робота при фіксованому значенні що включає струму бази може призводити до глибоких перенасиченість транзистора і, як наслідок, до збільшення часу вимикання транзистора (час може змінюватися на порядок) або переведення робочої точки відкритого транзистора в активну зону (при зростанні струму навантаження). Для виключення таких режимів доцільно забезпечувати автоматичне підстроювання струму бази до змінюється максимальному току колектора. Автопідстроювання можна отримати з використанням схем з нелінійним зворотним зв'язком по напрузі і схем з позитивним зворотним зв'язком по струму.
У цій схемі ОС по напрузі забезпечується діодом VD1, а глибина насичення - діодами VD2, VD3 (замість VD2, VD3 може бути включений стабілітрон). При відсутності перенасичення транзистора діод VD1 закритий і струм бази Іб транзистора дорівнює току управління IУ. Перенасичення транзистора призводить до зменшення напруги Uкб і відповідно напруги Uке = Uкб + Uбе. При зменшенні напруги Uкб (плюс на колекторі щодо бази) до значення, рівного напрузі відкритого діода Uпр відкривається діод VD1 і частина струму IУ відгалужується в ланцюг діода VD1, зменшуючи тим самим струм бази і запобігаючи небажане перенасичення транзистора. З рівняння балансу напруг: UVD2 + UVD3 + Uбе = UVD1 + Uке слід, що Uке - Uбе + Uпр.
При подачі керуючого сигналу на вхід схеми в ланцюзі «базо-емітерний перехід VT1, базо-емітерний перехід силового ключа VT», протікає стартовий струм управління. При відкриванні транзистора VT через первинну обмотку Т протікає струм навантаження Iе = Iн Струм вторинної обмотки трансформатора, навантаженої на колектор-емітерний перехід насиченого транзистора VT1, і базо-емітерний перехід силового транзистора VT буде менше струму первинної обмотки в число разів, рівна коефіцієнту трансформації трансформатора Т при будь-якому струмі навантаження, що і забезпечує пропорційно-струмове управління силовим транзистором.
Недоліком потужних високовольтних біполярних транзисторів є низька величина коефіцієнта передачі по току в режимі насичення. Для приладів з граничним напруженням Uке rp> 250 В коефіцієнт передачі по току В = 5. 7. Це ускладнює узгодження потужних транзисторів з малопотужними керуючими пристроями і вимагає введення в схему підсилювачів струму. Так наприклад, при Iкн = 10 А, В = 5, К1 = 1,4 необхідний струм бази складе Іб = 2,8 А. Включення транзисторів по схемі Дарлінгтона дозволяє збільшити коефіцієнт передачі струму бази до значення, рівного твору коефіцієнтів передачі транзисторів VT1 і VT2: ВE = В1 В2.
Транзистори VТ1 і VT2 в складеному транзисторі вибираються на однакові робочі напруги. Транзистор VT1 формує струм бази потужного транзистора VT2. Низькоомні резистори R1 і R2 забезпечують ланцюг для струмів колекторно-базових переходів (Iкбо) в закритому стані транзисторів. Діод VD1 забезпечує ланцюг замикає базового струму для транзистора VT2 на випадок, якщо малопотужний транзистор VT1 закривається раніше. Діод VD2 є шунтувальним для зворотних напруг. Однак слід мати на увазі, що застосування схеми Дарлінгтона призводить до збільшення напруги насичення потужного транзистора, т. Е. Призводить до збільшення втрат потужності на ньому. При великих токах навантаження в практичних схемах замість одного транзистора VT2 використовується кілька паралельно включених між собою транзисторів. Для вирівнювання струмів через ці паралельно включені транзистори в ланцюг емітера кожного з них найчастіше включають низькоомні опору.
Ще одним недоліком біполярних транзисторів є великий розкид коефіцієнта передачі по току, тому оптимальний режим управління для одного транзистора може не виконуватися при заміні його на інший. Слід мати на увазі, що через малу опору транзисторів в режимі насичення і малої їх перевантажувальної здатності в загальному випадку транзистори неможливо захистити плавкими запобіжниками. Захист можлива тільки швидкодіючими електронними засобами.
Завантажити реферат: У вас немає доступу до завантаження файлів з нашого сервера ЯК ТУТ скачували
Пароль на архів: privetstudent.com