64. Igbt-транзисторы.

Биполярные транзисторы с изолированным затвором являются новым типом активного прибора, который появился сравнительно недавно. Его входные характеристики подобны входным характеристикам полевого транзистора, а выходные – выходным характеристикам биполярного. В литературе этот прибор называют IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). По быстродействию они значительно превосходят биполярные транзисторы. Чаще всего IGBT-транзисторы используют в качестве мощных ключей, у которых время включения 0,2 - 0,4 мкс, а время выключения 0,2 - 1,5 мкс, коммутируемые напряжения достигают 6 кВ, а токи 4 кА.

IGBT-транзисторы вытесняют тиристоры из высоковольтных схем преобразования частоты и позволяют создать импульсные источники вторичного электропитания с качественно лучшими характеристиками. Во включенном состоянии при токах в сотни ампер падение напряжения на транзисторе находится в пределах 1,5 - 3,5В. Коллектор IGBT-транзистора (рис.) является эмиттером транзистора VT4. При подаче положительного напряжения на затвор у транзистора VT1 появляется электропроводный канал. Через него эмиттер транзистора IGBT (коллектор транзистора VT4) оказывается соединенным с базой транзистора VT4. Это приводит к тому, что он полностью отпирается и падение напряжения между коллектором транзистора IGBT и его эмиттером становится равным падению напряжения на эмиттерном переходе транзистора VT4, просуммированному с падением напряжения Uси на транзисторе VT1.

В связи с тем, что падение напряжения на р–n-переходе уменьшается с увеличением температуры, падение напряжения на отпертом IGBT-транзисторе в определенном диапазоне токов имеет отрицательный температурный коэффициент, который становится положительным при большом токе. Поэтому падение напряжения на IGBT-транзисторе не опускается ниже порогового напряжения диода (эмиттерного перехода VТ4). При увеличении напряжения, приложенного к транзистору IGBT, увеличивается ток канала, определяющий ток базы транзистора VT4, при этом падение напряжения на IGBT-транзисторе уменьшается. При запирании транзистора VT1 ток транзистора VT4 становится малым, что позволяет считать его запертым. Дополнительные слои введены для исключения режимов работы, характерных для тиристоров, когда происходит лавинный пробой. Буферный слой n+ и широкая базовая область n– обеспечивают уменьшение коэффициента усиления по току p–n–p-транзистора. При включении и выключении IGBT–транзистора происходит изменение подвижности носителей заряда, коэффициентов передачи тока у имеющихся в структуре p–n–p- и n–p–n-транзисторов, изменение сопротивлений областей и пр. Хотя в принципе IGBT–транзисторы могут быть использованы для работы в линейном режиме, пока в основном их применяют в ключевом режиме.

65. Оптопары.

Диодные Транзисторные Тиристорные Оптрон – полупроводниковый прибор, в котором конструктивно объединены источник и приемник излучения, имеющие между собой оптическую связь. В источнике излучения электрические сигналы преобразуются в световые, которые воздействуют на фотоприемник и создают в нем снова электрические сигналы. Оптрон с одним излучателем и приемником называют оптопарой. Главное назначение оптронов – передача сигналов с помощью светового потока и гальваническая развязка электрической цепи.

66. Схемы включения и передаточная функция идеального операционного усилителя.

Идеального ОУ не существует, но в последнее время появились ОУ с очень близкими к идеальным параметрами. Для упрощения анализа работы ОУ вводится понятие идеального операционного усилителя. Принимается что основные его параметры идеальны. Для идеального ОУ: напряжение смещения по постоянному току равно нулю; входной ток через входы ОУ, принимается равным нулю; входное сопротивление равно бесконечности; коэффициент усиления равен бесконечности; коэффициент усиления не зависит от частоты; выходное сопротивление равно нулю; возможно любое значение выходного напряжения.

67. Обратная связь в усилителях.

Обратной связью называют передачу всей или части энергии усиленного сигнала с выхода усилителя или отдельного каскада на вход усилителя. Обратная связь может быть внутренней, т. е. возникающей благодаря особенностям конструкции и физическим свойствам усилительных элементов, и внешней, создаваемой в схеме умышленно для придания усилителю определенных свойств и функциональных особенностей. Обратная связь может возникнуть вопреки желанию конструктора из-за наличия в схеме паразитных связей между каскадами. Такая обратная связь называется паразитной. Элементы схемы, создающие обратную связь, образуют цепь обратной связи. Коэффициент передачи цепи обратной связи обычно обозначается β. Цепь обратной связи совместно с частью схемы усилителя, которую она охватывает, образует петлю обратной связи, или контур обратной связи. В зависимости от числа петель обратной связи в усилителе обратная связь может быть одно- или многоконтурной. Если напряжение Uoc обратной связи пропорционально выходному напряжению усилителя, то обратная связь такого вида называется обратной связью по напряжению (рис.). При этом можно передавать всё выходное напряжение на вход схемы или только часть его, используя делитель напряжения, подключаемый параллельно нагрузке. В этом случае сопротивления резисторов делителя напряжения должны быть существенно выше сопротивления нагрузки для того, чтобы не уменьшать ток через нагрузку. Если напряжение Uoc обратной связи пропорционально току в нагрузке усилителя, то обратная связь такого вида называется обратной связью по току (рис.). Для того, чтобы получить напряжение Uoc, нужно использовать резистор R, включаемый последовательно с нагрузкой. В таком случае сопротивление этого резистора должно быть гораздо меньше сопротивления нагрузки для того, чтобы не уменьшать напряжение на нагрузке. Кроме того, мощность этого резистора должна быть достаточной для пропускания большого выходного тока усилителя. . Если выход цепи обратной связи подключается ко входу усилителя последовательно с источником входного сигнала, то обратная связь такого типа называется последовательной (рис). Если же выход цепи обратной связи и источник входного сигнала подключены ко входу усилителя параллельно, то связь называют параллельной (рис). В случае, когда колебания источника сигнала и колебания, поступающие через цепь обратной связи, совпадают по фазе, обратная связь называется положительной, если же эти колебания находятся в противофазе — то отрицательной. В усилительных устройствах для улучшения их показателей применяется в основном отрицательная обратная связь. Положительная обратная связь находит применение только в специальных типах усилителей и в генераторах. Оценим влияние обратной связи на основные технические показатели усилителя: коэффициент усиления, искажения, входное и выходное сопротивления, стабильность выходного сигнала.Рассмотрим влияние обратной связи на коэффициент усиления на примере последовательной обратной связи по напряжению (рис). Если усилитель охвачен отрицательной обратной связью, то модуль коэффициента усиления К_ООС равен: . При положительной обратной связи модуль коэффициента усиления К_ПОС: . Отрицательная обратная связь уменьшает модуль коэффициента усиления в (1+βК) раз при любой величине βК. Выражение (1+βК) в усилителях с отрицательной обратной связью называют глубиной обратной связи. При βК<1 положительная обратная связь повышает коэффициент усиления. Это свойство положительной обратной связи используется в специальных типах усилителей. При βК=1 модуль коэффициента усиления усилителя с положительной обратной связью стремится к бесконечности, что физически соответствует переходу усилителя в режим генерации синусоидальных колебаний. Если βК>1, то синусоидальные колебания на выходе генератора все время возрастают и, наконец, из-за ограничения выходного напряжения генератор переходит в режим формирования прямоугольных колебаний. В таком режиме работы генератор иногда называют автоколебательным мультивибратором. Если коэффициент усиления усилителя стремится к бесконечности (К→∞ ), то коэффициент усиления усилителя с обратной связью определяется не параметрами усилителя, а только элементами обратной связи: . Такой же результат получается, если в усилителе введена глубокая обратная связь, т. е. βК>>1. Одновременно с уменьшением коэффициента усиления, с введением отрицательной обратной связи повышается его стабильность от воздействия различных дестабилизирующих факторов. К дестабилизирующим факторам относятся изменение температуры окружающей среды, старение и замена усилительных элементов и других компонентов схемы, изменение напряжения питания и т. п. Таким образом, нестабильность коэффициента усиления усилителя с введением отрицательной обратной связи уменьшается в (1+βК) раз. Величина частотных искажений в усилителе оценивается коэффициентом частотных искажений: М=К₀/К.Введение ООС уменьшает нелинейные искажения усилителя (коэффициент гармоник) примерно в (1+β∙Ku) раз. Это происходит оттого, что ООС линеаризует систему и уменьшает ее ошибки. Изменяется и амплитудная характеристика усилителя (рис), на ней плавный переход к области насыщения превращается в довольно острый излом – ООС линеаризует этот участок и «пытается» вытянуть пропорциональное усиление даже там, где оно уже начинает уменьшаться. Таким образом, отрицательная обратная связь приводит к уменьшению частотных искажений в усилителе. Предположим, что при синусоидальном сигнале на входе усилитель создает на выходе (кроме синусоидального полезного сигнала) также напряжение помехи Uir которая вызвана нелинейностью характеристик элементов схемы или собственными помехами усилителя. Если усилитель охвачен отрицательной обратной связью, то полезный сигнал и напряжение помехи, пройдя через контур обратной связи, появятся на выходе ослабленными в (1+βК) раз. Такому воздействию подвергнутся все гармонические составляющие помех усилителя, т. е. коэффициент нелинейных искажений усилителя уменьшается. Полезный сигнал также уменьшается, но его величину на выходе можно повысить до прежнего уровня за счет повышения усиления в предыдущих каскадах, в которых нет нелинейных искажений. Следовательно, коэффициент нелинейных искажений Кгоос усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, может быть уменьшен по сравнению с его величиной Кг при разомкнутой обратной связи с сохранением заданного уровня выходного сигнала.