Если коммутационные импульсы базового тока имеют не идеальные фронты, а наклонные, то время включения, время рассасывания и время запирания возрастают. Однако если длительность фронтов коммутирующих импульсов меньше одной десятой от постоянной времени транзистора, то процессы запирания и отпирания практически такие же, как и при идеальном импульсе.

§ 11.2. Силовая цепь импульсного стабилизатора с последовательным включением дросселя

Рассмотрим основные процессы в силовой цепи импульсного стабилизатора. Чтобы отвлечься от коммутационных процессов, примем транзистор и диод действующими мгновенно, т. е. и Тд положим равными нулю.

Схема управления транзистором-ключом пусть будет такова, что период повторения открывающих транзистор импульсов Т постоянен, а меняется их длительность, т. е. управляющие импульсы в зависимости от величины выходного напряжения модулируются по ширине (ШИМ).

Гн Гдр I

т

Рис. 11.5

Т-в Т

гт-в 2т t

в импульсном стабилизаторе с широтно-импульсной модуляцией (рис. 11.5,0) пульсации выходного напряжения U очень малы. Поэтому при определении токов заряда 1 и разряда (рис. 11.5, г) дросселя можно считать напряжение на конденсаторе С постоянным и равным и й- В этом случае эквивалентные схемы зарядки и разрядки дросселя примут вид рис. 11.5, б, в.

Если выходное сопротивление источника стабилизируемого напряжения Ги мало, а сопротивление насыщенного транзистора /- и открытого разрядного диода равны, то схемы рис. 11.5, б, в повторяют схемы зарядки и разрядки дросселя в выпрямителе напряжения прямоугольной формы (см. рис. 7.12, а, б).

Следовательно, токи 1\() и iit) будут определяться выражениями (7.37), а выходное напряжение - формулой (7.39). Под сопротив-

лением г следует в данном случае понимать сумму сопротивлений обмотки дросселя /-др и открытого диода = / , а Е^р принять равным нулю.

Семейство выходных и регулировочных характеристик силовой цепи импульсного стабилизатора с ШИМ (рис. 11.6), построенное в соответствии с (7.39), дает возможность определить диапазон изменения длительности относительной паузы Q/T, необходимый для сохранения неизменным выходного напряжения Ug при колебаниях как входного напряжения Е, так и тока нагрузки Iq.

Траекторией рабочей точки на семействе выходных - регулировочных характеристик при постоянных С/о и £ н изменяющемся токе нагрузки /о является прямая, параллельная оси абсцисс. Так, выбрав исходное значение VJE = 0,7, получим прямую АС, показывающую,

что изменению тока нагрузки

от /о max

(точка А) до нуля (точка С) в идеальном стабилизаторе (он обеспечивает Af/ = 0) соответствует изменение относительной длительности паузы Ь/Т от О до 0,3.

Регулированию выходного напряжения стабилизатора f/o при неизменном токе нагрузки /о и напряжении источника Е соответствует перемещению рабочей точки по вертикальной прямой. Так, при максимальном токе (прямая АВ) для регулировки напряжения от 0,7 £ до О необходимо менять относительную паузу от О до 0,7. Изменение одного напряжения Е вызывает пропорциональные изменения абсциссы и ординаты рабочей точки. Поэтому такому изменению соответствует траектория в виде прямой, соединяющей точку, соответствующую £min, с началом координат. Если £min соответствовала точка Л, то при увеличении напряжения £ рабочая точка будет перемещаться по прямой ОЛ от точки Л к точке О.

Чтобы стабилизатор мог поддерживать строго постоянным напряжение V при заданных диапазонах изменений £тах - £min и /отах -

- /omin, необходимо верхнюю правую граничную точку рабочей области расположить ниже прямой, соответствующей Q/T = 0. При заданных £ 11 , /ошах и Uq это условие определяет то сопротивление г, при котором возможно осуществить данную схему силовой цепи стабилизатора.

Для 6=0 уравнение линии выходной характеристики принимает вид

I,rlE=\-U,jE. (11.16)

Подставив сюда Iq max

и £min, получим условис осуществимости

Рис. 11.6

(\-UjEmin).

(11.17)

Пусть от источника с напряжением Е = 12,5-ь25 В необходимо получить постоянное напряжение (/о = 10 В и ток в нагрузке /о = = 1-=.5А. Вычислив rmin по формуле (11.17), получим величину 0,5 Ом. Зададимся величиной сопротивления г - 0,3 Ом. Тогда точка, определяющая предельный режим, займет положение D (три пятых отрезка прямой, соответствующей UJE = = 10/12,5=0,8).

Увеличение напряжения £ до 25 В сдвинет рабочую точку вниз по прямой 0D до положения F. Последующее уменьшение тока до 1 А сдвинет рабочую точку влево (точка G). Проведя прямую через точки О и G, получим левую границу рабочей области. Эта область заштрихована на рис. 11.6.

Самое малое значение паузы е получается в точке D (6min = 0,08 Т), а самое большое - в точке G (бшах = 0,42 Т). Для изменений паузы в переключающих транзистор импульсах, т. е. для функционирования цепи обратной связи, выходное напряжение стабилизатора должно изменяться. Однако при большом усилении цепи обратной связи эти изменения настолько малы, что принимать их во внимание при построении рабочей области не имеет смысла.

Таким образом, цепь обратной связи рассчитываемого стабилизатора должна менять скважность

импульсов транзистора коллекторного тока в пределах от 6 при максимальном выходном напряжении и до 6 = 0,08 Т при минимальном выходном напряжении. Длительность управляющих силовым транзистором импульсов базового тока должна быть меньше рассчитанных значений на время рассасывания заряда неосновных носителей в базе транзистора.

Перейдем теперь к коммутационным процессам и начнем их рассматривать с момента включения транзистора. При / = О на базу ранее запертого транзистора подается включающий импульс тока. До этого на базе, а следовательно, и на емкости С, транзистора существовало запирающее напряжение (рис. П.7, а). Эмиттерный переход был закрыт, а к электродам коллектор-эмиттер было приложено почти все напряжение источника £({Укэ £) Диод Д при / < О был открыт, через него протекал ток h, а падение напряжения на нем равно (/ (рис. 11.7, б).

Положим индуктивность дросселя много больше критической, тогда /е станет равным и оба эти значения будут близки к току нагрузки /(,. К моменту t = ty напряжение на емкости Сэ станет равным нулю и вслед за этим транзистор откроется. Его рабочая точка

Рис. 11.7

0,42 Т