Skhemotekhnika_1

Контрольные вопросы

1.Можно ли динистор в схеме заменить трехэлектродным тиристором?

2.Можно ли использовать тиристоры для выпрямления переменного напряжения?

3.Закроется ли открытый тиристор, если ток управляющего электрода примет нулевое значение?

4.Зачем в схеме тиристорного регулятора мощности используется двухполупериодный выпрямитель?

5.Если нагрузку подключать к источнику переменного напряжения через реостат, то можно получить регулятор мощности. В чем состоит преимущество тиристорного регулятора мощности перед регулятором на основе реостата?

6.Как изменятся свойства тиристорного регулятора мощности при изменении сопротивления нагрузки, подключаемой к нему?

7.Как изменятся свойства тиристорного регулятора мощности, если изменятся параметры входного напряжения: его амплитуда или частота?

Программа лабораторной работы

1.Получить у преподавателя тиристор для исследования.

2.Снять зависимость напряже-

тиристора, определить который можно по показаниям амперметра. Входное напряжение схемы в момент открытия тиристора и будет являться напряжением переключения тиристора при данном значении тока управляющего электрода.

Сопротивление R при этих измерениях следует выбрать таким образом, чтобы при открытом тиристоре ток через него не превышал 2–3 A (или значения, указанного преподавателем).

3. Получив у преподавателя схему управления, собрать схему тиристорного регулятора мощности без тиристора и без нагрузки

(рис. 15.8).

Рис. 15.8. Измерение параметров выходного сигнала схемы управления

Измерить параметры выходного сигнала схемы управления: время задержки, длительность и амплитуду импульса.

4. Основываясь на измеренных параметрах выходного сигнала схемы управления, подключить к ее выходу через резистор управляющий электрод тиристора (согласно рис. 15.5). Сопротивление резистора выбрать таким, чтобы амплитудному значению импульса напряжения, выдаваемого схемой управления, соответствовало значение тока управляющего электрода, равное току спрямления. Подключить

ксобранной схеме нагрузку согласно рис. 15.5.

5.Подать на вход собранного регулятора мощности переменное напряжение. Зарисовать осциллограммы напряжений на входе регулятора мощности, на нагрузке, на тиристоре и на выходе схемы управления.

142

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1.Таблицу измерений зависимости напряжения переключения тиристора от тока управляющего электрода.

2.График зависимости напряжения переключения тиристора от тока управляющего электрода.

3.Схему тиристорного регулятора мощности.

4.Осциллограммы напряжений на входе тиристорного регулятора мощности, на нагрузке, на тиристоре и на выходе схемы управления.

143

ТЕМА 16. БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР

база, коллектор, эмиттер

транзистор прямой проводимости транзистор обратной проводимости h-параметры транзистора

дифференциальное входное сопротивление транзистора дифференциальное выходное сопротивление транзистора крутизна транзистора дифференциальный коэффициент усиления по току

статический коэффициент усиления по току обратная крутизна транзистора входная характеристика транзистора

семейство выходных характеристик транзистора режим насыщения

Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый прибор с тремя слоями полупроводников различной проводимости, разделенных двумя p-n переходами. Структура биполярного транзистора и его схемное обозначение приведены на рис. 16.1. Цен-

где введены обозначения:

rб = (∂Uбэ ∂Iб ) Uкэ =const — дифференциальное входное сопротив-

ление транзистора. Входное сопротивление транзистора обычно имеет величину 10…1000 Ом и обратно пропорционально току Iк:

rб ≈ 2,5ВIк ;

S = (∂Iк ∂Uбэ ) Uкэ =const — крутизна транзистора. Можно показать, что

S = (∂Iк ∂Iб ) Uкэ =const × (∂Iб ∂Uбэ ) Uкэ =const = βrб ,

где β — дифференциальный коэффициент усиления транзистора по току. Величина β у современных транзисторов имеет значение около 100. Следует различать дифференциальный коэффициент усиления по

токуβ = (∂Iк ∂Iб ) Uкэ =const и статический коэффициент усиления по току

B = (Iк Iб ) Uкэ =const . Впрочем, их численные значения настолько близки, что на практике часто опускают различие между этими двумя величинами;

Sобр = (∂Iб ∂Uкэ ) Uбэ =const — обратная крутизна транзистора. На практике значение обратной крутизны оказывается настолько мало, что им обычно пренебрегают;

rк = (∂Uкэ ∂Iк ) Uбэ =const — дифференциальное выходное сопротивление транзистора. Его типичное значение лежит в диапазоне 1…100 кОм и также обратно пропорционально току Iк: rк ≈ 100 ВIк .

Зависимость тока Iб от напряжения Uбэ называется входной характе- ристикой транзистора. Ее вид схематично представлен на рис. 16.2. Входная характеристика транзистора фактически является вольтамперной характеристикой эмиттерного p-n перехода. Поскольку, как уже отмечалось, обратная крутизна транзистора имеет пренебрежимо малые значения, вид входной характеристики транзистора практически не изменяется при изменении напряжения Uкэ.

На рис. 16.2 приведена входная характеристика n-p-n транзистора. В транзисторе p-n-p типа полярности всех напряжений и токов следует заменить на противоположные, и поэтому его входная характеристика может быть получена из характеристики, представленной

146

вид семейства выходных характеристик транзистора показан на рис. 16.3. Приведенное семейство характеристик соответствует транзистору n-p-n типа. Для транзистора прямой проводимости, как уже

характеристики p-n перехода с той существенной разницей, что падение напряжения в прямом направлении имеет значение, в 10…100 раз меньшее, чем прямое падение напряжения на p-n переходе. Этот факт позволяет использовать транзистор для выпрямления переменных напряжений с малой амплитудой.

Рассмотрим одно из применений транзистора — использование его в качестве электронного ключа. Потребность в электронном ключе возникает при необходимости коммутировать токи больших величин. Такие токи способны вызвать обгорание контактов и выход из строя механических коммутационных устройств. Решить проблему

147

можно, используя схему, изображенную на рис. 16.4.

При разомкнутом ключе схемы (рис. 16.4) базовый ток транзистора отсутствует: Iб = 0 , по этой же причине отсутствует также и коллекторный ток транзи-

стора: Iк = BIб = 0 . При замыка- Рис. 16.4. Использование транзистора нии ключа в базу транзистора на-

Пример 16.1. Необходимо рассчитать электронный ключ по схеме рис. 16.4 (т.е. определить необходимое значение тока Iб) для подключения нагрузки R = 2Ом к источнику E =12В .

Решение. Для решения поставленной задачи необходимо располагать величиной коэффициента B используемого транзистора. Его можно получить либо из справочных данных, либо путем непосредственных измерений. Пусть коэффициент B используемого транзистора имеет значение 100. При подключении нагрузки R = 2Ом к источнику E =12В через нагрузку протекает ток Iк = ER =12В2Ом = 6А . Для обеспечения такого тока коллектора необходимо, чтобы в базу транзистора втекал ток Iб = Iк B = 6А100 = 60мА . Итак, источник тока в схеме на рис. 16.4 должен генерировать ток 60 мА.

Если источник тока создает ток, меньший величины 60 мА, или коэффициент B транзистора имеет значение, меньшее 100, то величина коллекторного тока транзистора будет иметь значение, меньше расчетного: Iк = BIб < 6А . Поэтому и падение напряжения на нагрузке будет меньше, чем напряжение источника питания E =12В и коллектор транзистора будет находится под потенциалом Uк = = E − Iк R > 0 . В этом случае говорят, что транзистор не полностью открыт.

Рассмотрим ситуацию, когда, наоборот, источник тока создает ток, превосходящий 60 мА, либо коэффициент усиления по току име-

148

ет значение B >100 . В этом случае формально через транзистор потечет ток Iк = BIб > 6А . При этом потенциал коллектора транзистора должен принять отрицательное значение

Uк = E − Iк R < 0 .

Это невозможно, поскольку, как видно из рис. 16.3, при положительных значениях тока Iк падение напряжения на транзисторе может принимать только положительные значения. Следовательно, величина коллекторного тока транзистора в данной схеме не может превысить значение 6 A. Режим работы транзистора, при котором Iк < BIб , называют режимом насыщения транзистора. В рассматриваемой ситуации транзистор открыт и насыщен.

Контрольные вопросы

1.Можно ли использовать транзисторы для построения выпрямителей?

2.Входная характеристика какого транзистора изображена на рис. 16.2 — германиевого или кремниевого?

3.Какими свойствами будет обладать двухполюсник, получаемый при соединении накоротко базы и эмиттера транзистора?

4.Какими свойствами будет обладать двухполюсник, получаемый при соединении накоротко базы и коллектора транзистора?

5.Можно ли пользоваться формулой Iк = BIб , если коллектор транзистора соединен с его эмиттером?

6.Будет ли практическая польза от электронного ключа (см. рис. 16.4), если коэффициент B транзистора имеет единичное значение?

7.Будет ли работоспособна схема (рис. 16.4), если изображенный на ней источник тока является, как это нарисовано, идеальным источником тока?

149