Главная  Катушки с ферромагнитным сердечником 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 [ 74 ] 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100

при упраЬлении транзистором от источника напряжений пОстойм-ная времени транзистора будет меньше т; = CJ(gs+ l/rg). Поскольку при переключении транзистора в цепь его базы включают ограничительные сопротивления, генератор управляющих импульсов практически всегда становится источником тока.

Ток коллектора транзистора также начинает нарастать, следуя за изменениями тока iV (рис- П.4, б):

t, = pj, = p/ (l e-H (11-4)

а напряжение на коллекторе из-за падения напряжения на внешней нагрузке уменьшается (рис. И.4, е). Когда напряжение ы^э будет равным t/кв, напряжение на диоде станет равным нулю и при дальнейшем увеличении тока pi диод откроется. Из-за этого ток нагрузки перестанет cлeoвaть за током p-iV и транзистор окажется в режиме насыщения.

Обычно ток базы /б+ выбирается ббльшим тока / н/Р- На рис. И.1, б ток /кн/Р = /бБ- Кратностью включающего тока базы называют отношение

1-Р/б+ кн. . (И-б)

Если /б+ есть /б7, то К == /б7 бБ.

Таким образом, в процессе нарастания ток коллектора открывающегося транзистора стремится к величине р/б+, но прн достижении значения 1 его нарастание заканчивается, так как нагрузка транзистора ограничивает его дальнейший рост (рис. П.4, б). Поскольку за время включения Т^п ток достигает величины = /б+ (P/i). то, подставив t = Твкп и = в (П.4) и решив полученное уравнение, найдем

71=Пкл = т,1пМ1-1)- (11-6)

Чем больше кратность включающего тока, тем быстрее включается транзистор. Однако при больших кратностях включающего тока замедляется выключение транзистора, а также в некоторых схемах могут возникать дополнительные броски тока при коммутации. При отключении транзистора (>> 4) ток базы меняется скачком от значения /б+ до значения /б . Управляющий ток при этом спадает по закону

/,= /б,е-(->/-/бД1-е-(-/Ч (11.7)

т. е. плавно уменьшается, начиная от значения /б+ и стремясь к значению /б-.

В начале процесса отключения, пока ток tV больше, чем ток /кн/Р, транзистор все еще находится в состоянии насыщения и ток его коллектора остается практически равным 1 . Только когда ток tV станет меньше величины /н/Р = h+ZK, напряжение на коллекторе станет больше С/кн. диод Дз запрется, транзистор окажется в активном реж'име и ток коллектора начнет уменьшаться, следуя за управляющим током ir- Этот процесс спада тока транзистора на рис. 11.4, б занимает интервал Гд.



На интервале происходит рассасывание заряда неосновных носителей в базе транзистора. Определить время рассасывания легко из условия

/б,е--/-/б (1 -е-(-/т) = (11.8)

что дает

2 = Гр = <з - 2 = -Ст In [(1 -f Й2)/(1 + 2)]- (11-9)

Здесь /?2 = /б-Р кн - кратность выключающего тока базы.

Спад токов ir и продолжается до тех пор, пока управляющий ток ir остается больше нуля. По достижении током tV нулевого значения эмиттерный переход (диод Дх на эквивалентной схеме) запирается и транзистор оказывается в режиме отсечки.

Время спада, коллекторного тока найдем из условия ir{Q = О, что дает

Полное время отключения транзистора равно сумме времени рассасывания неосновных носителей и времени спада:

Т„, , = Гр + Ге = тЛп[(Й2 + 2)/1]- (11-11)

Импульс напряжения, получившийся на внешней омической нагрузке транзистора, не повторяет по своей форме импульсы базового тока, а соответствует току коллектора. Отличие заметно не только в крутизне фронтов спада и нарастания, но и в длительности импульсов. Импульс коллекторного тока на время Гр длиннее отпирающего импульса базового тока. Соответственно интервал между импульсами коллекторного тока на время рассасывания меньше, чем длительность запирающих транзистор импульсов базового тока.

Увеличение кратности включающего тока уменьшает время включения транзистора, но вместе с тем приводит к росту времени рассасывания заряда неосновных носителей в базе. Оно благоприятно сказывается на уменьшении времени рассасывания и спада коллекторного тока.

В том случае, когда основной интерес представляет получение импульсов коллекторного тока с крутыми фронтами, выбирают кратность включающих и кратность выключающих импульсов базового тока равными и значительно большими единицы. У ряда транзисторов, например у ГТ905, малое сопротивление промежутка коллектор- эмиттер получается при кратности включающего тока, большей десяти.

Для уверенного и глубокого насыщения транзистора-ключа управляющее напряжение и сопротивление резистора в цепи базы выбирается таким, что амплитуда базового тока получается в ky раз большей того значения, которое обеспечивает переход транзистора в состояние насыщения при заданном значении тока коллектора и минимальном значении коэффициента усиления по току транзистора. Пусть ток коллектора, который должен пропустить насыщенный транзистор, равен /д. Тогда амплитуда импульса базового тока должна быть равна = i/ /P in.



Для транзистора с коэффициентом усиления по току р > Pn,in кратность отпирающих импульсов тока (степень насыщения) будет другой. Назовем ее фактической - кф. Она всегда больше ki, так как кф = кф/тш. Поскольку разброс коэффициентов усиления по току у современных транзисторов достигает трех-шести раз, то фактическая степень насыщения может быть в шесть раз больше k. Если ki = = 1,3, то кф достигает восьми, а при ki = 10 != 60.

В ряде импульсных схем (стабилизаторов и преобразователей) высокая фактическая степень насыщения приводит к увеличению потерь мощности в транзисторе, возникающих при его переключении из состояния отсечки в состояние насыщения и обратно. Помимо этих потерь мощности, называемых коммутационными, в транзисторе-ключе теряется некоторая мощность и в том случае, когда он находится в состояниях насыщения и отсечки.

Энергия, выделяющаяся в насыщенном транзисторе, пропорциональна квадрату протекающего через него тока:

AuILrAT. + T,), (11.12)

где Гц - длительность открывающих транзистор импульсов.

Через запертый транзистор течет неуправляемый ток коллектора /ко, который до сих пор не учитывался ввиду его малости в сравнении с током /кн. За время паузы длительностью 6 == Т - Ги - Т„ этот ток приведет к рассеиванию в транзисторе энергии

отс = £обр/кОе- (1113)

Здесь Бобр - напряжение, приложенное к запертому транзистору, которое в некоторых схемах отлично от напряжения источника коллекторного питания. В схеме рис. 11.1, а £обр = Е-

Энергия, соответствующая коммутационным потерям в транзисторе, может быть подсчитана по общему определению:

ко м= ] iAt)u..{t)dt+ \ iAi)4,At)dt. (11.14)

о и

Вычислить интегралы, стоящие в правой части (11.14), для токов и напряжений, существующих в схеме рис. 11.1, а, нетрудно. Однако практической ценности полученный при этом результат иметь не будет, так как в реальных схемах транзистор работает не на омическую нагрузку, а на фильтр, содержащий реактивные и нелинейные элементы Из-за этого напряжение на транзисторе во время коммутационных процессов будет меняться не так, как показано на рис. 11.4, в. Поэтому величина коммутационных потерь зависит от вида нагрузки, на которую работает транзистор.

После рассмотрения коммутационных процессов в стабилизаторе будет подсчитана энергия, выделяющаяся при этом в транзисторе. Сейчас же ограничимся только общим выражением (11.14).

Полная мощность потерь в транзисторе, работающем в ключевом режиме,

/пох = А/т - (Л + Л ,е + л ком J/Г. (11.15)



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 [ 74 ] 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100

© ООО "Карат-Авто", 2001 – 2018
Разработчик – Евгений Андрианов