7.10.4. Особенности работы импульсного ключа с реактивной нагрузкой
В большинстве
случаев для простоты анализ режимов
работы транзисторов в импульсных схемах
обычно производится при резистивной
нагрузке. В реальных электронных
устройствах характер нагрузки чаще
всего комплексный, что сказывается на
работе транзистора. Рассмотрим качественно
особенности работы транзисторных ключей
при активно-индуктивной нагрузке
(RL-нагрузка) и
активно-емкостной (RC-нагрузка)
по сравнению с R-нагрузкой
(рисунок 7.102). При R-нагрузке
изменения тока I(t)
и напряжения U(t)
во время переходных процессов определяются
быстродействием транзистора и имеют
приблизительно одинаковую форму (рисунок
7.102, б):
.
Переходный процесс
включения на RL-нагрузку,
в отличие от R-нагрузки,
характеризуется снижением скорости
нарастания тока, которая теперь задается
постоянной времени индуктивности
;
скорость спада напряжения при этом
изменяется мало и определяется
быстродействием прибора (рисунок
7.102, б).
При включении на
RC-нагрузку спад
напряжения на приборе замедляется, а
скорость нарастания тока задается
транзистором, причем амплитуда тока
возрастает за счет энергии, запасенной
в конденсаторе (рисунок 7.102, б). Во
время переходного процесса выключения
транзистора RL- и
RC-нагрузки в своем
воздействии на переходные характе-ристики
i(t),
u(t)
меняются местами: при RC-нагрузке
транзистор быстро выключается «по току»
(длительность этого процесса определяется
собственным быстродействием прибора),
а нарастание напряжения затягивается
во времени, при RL-нагрузке
спад тока замедляется (определяется
постоянной времени
),
а скорость изменения напряжения задается
транзистором, причем амплитуда нарастания
возрастает за счет энергии, запасенной
в индуктивности нагрузки (рисунок
7.102, б). Траектории динамической рабочей
точки во время переходных процессов
включения и выключения транзистора
показаны на рисунке 7.102, в. Таким
образом, переходный процесс включения
полупроводникового прибора на RC-нагрузку
характеризуется повышенными потерями
мощности (рисунок 7.102, б) и перегрузкой
по току. Включение на RL-нагрузку
энергетически наиболее благоприятно
для прибора. Наихудший с этих позиций
режим выключения полупроводникового
прибора имеет место, наоборот, при
RL-нагрузке;
RC-нагрузка
обеспечивает при выключении наименьшую
мощность потерь в приборе [24].
Рисунок 7.102 - Схемы включения (а), переходные характеристики тока i, напряжения u, мощности потерь Р (б) и траектории динамической рабочей точки (в) при работе транзистора на реактивную нагрузку
Следовательно, при работе на комплексную нагрузку необходимо использовать больший запас по напряжению и току коллектора, чтобы не выйти в переходных процессах за значения области безопасной работы. Следует отметить, что с точки зрения надежности работы транзисторного ключа, наиболее критичным является этап выключения транзистора при индуктивном характере нагрузки. В этом случае инициируется токовая форма вторичного пробоя (безынерционная), сопровождаемого локальным тепловым пробоем.