Лекция 12

2.5.3 Двухтактный инвертор с независимым возбуждением

а)

б)

Рис. 2.5.9

      Инвертор представляет собой усилитель мощности, усиливающий импульсы прямо­угольной формы. Питание осуществляется от источника с напряжением Uп.      Напряжение управления прямоугольной формы подается на базы транзисторов со вторич­ных обмоток трансформатора Т1 от задающего генератора. Частота управляющего напряже­ния может достигать десятков кГц, поэтому необходимо рассматривать коммутационные процессы.      В 1-й полупериод U_воткрывает VТ1 и закрывает VТ2, при этом ik1=Ikн, ik2=0. Напряже­ние питания Uп прикладывается к верхней полуобмотке Т2 через открытый VТ1. Напряже­ние на выходе: U2m=(w2/w1)(Un – Ukн)     (2.5.9.)      В момент t1  начинается открывание VТ2. Ранее открытый VТ1 не может закрыться мгно­венно в силу своей инерционности. В течении (t1 ÷ t3) ik2 возрастает по экспоненте: ik2 = Ikm (1 – exp (-t/τt) ) = kф Ikн (1 – exp (-t/ τt) ) ,       (2.5.10.) где kф – фактическая кратность тока базы, τt - постоянная времени транзистора.      В течение некоторого времени открытыми оказываются оба транзистора, а ток VТ1 в те­чении (t1 ÷ t2): ik1= Ikн + ik2 = Ikн + (1+ kф – kф exp (-t/ τt) )       (2.5.11.)      Это приводит к появлению выброса коллекторного тока. В момент t2 VT1 выйдет из на­сыщения, так как заряд неосновных носителей в его базе рассосется, ik1  начнет уменьшаться по экспоненте в течении (t2 ÷ t4): ik1 = kф Ikн (2 exp (-t/ τt) –      1) (2.5.12)      u1 и u2 будут постоянны, пока открыт VТ1, то есть до t2. Когда ik1 уменьшается, uk1 уве­личивается, u1 уменьшается, спадает до нуля и при ik2 > ik1 становится отрицательным. Ко­гда в t=t3 VТ2 полностью открывается, u1= - Un. После этого ik2 начинает уменьшаться по тому же закону, что ik1, согласно (2.5.12.). В момент t4 коммутационные процессы заканчиваются до изменения U_в1и U_в2.      Таким образом, в момент смены полярности тактовых импульсов оба силовых транзи­стора кратковременно проводят ток из-за наличия эффекта рассасывания избыточных заря­дов в базах. При этом в схеме устанавливается режим сквозных токов, и токи через транзи­сторы могут достигать большого значения.      Оценим величину времени рассасывания неосновных носителей заряда в базе Тр.т. С этой целью запишем равенство токов в t2 =Тр.т. по (2.5.11) и (2.5.12). ik1= Ikн (1+ kф – kф exp (-Тр.т./ τt)) = kф Ikн (2 exp (-Тр.т./ τt)-1) 1+2 kф =3 kф exp (-Тр.т./ τt) exp (-Тр.т./ τt) = (2 kф +1)/3 kф Тр.т. = τtln(3 kф /(2 kф +1))       (2.5.13) Тр.т. зависит в большей степени от τt и в меньшей от kф.      Определим величину Iкмк, подставив в (2.5.11) t=Тр.т. Iкмк = Ikн (1+ kф - kф exp (-Тр.т/ τt)) = Ikн (1+ kф - kф (2 Kф+1)/3 kф) Iкмк = Ikн (kф +2)/3      (2.5.14)      Напряжение на закрытом транзисторе U_кэmax= 2U_nДля защиты силовых транзисторов от перегрузок в цепь базы могут включаться дроссели, которые замедляют процесс открывания включаемого транзистора.      Но полностью избавиться от выбросов коллекторных токов транзисторов можно только задержкой открывания одного из них до момента закрывания другого. Для этой цели в вы­ходной трансформатор включают дополнительные обмотки (рис. 2.5.10). Напряжение на этих обмотках не позволяет транзистору открыться до тех пор, пока не изменится на проти­воположенную полярность выходного напряжения, так как напряжение на базе закрытого VT1 U_бэ1=U_в1+U_ос.

рис. 2.5.10

     Поэтому только после запирания транзистора VT2 включающее напряжение появится на базе транзистора VT1. При отключении транзистора запирается диод и напряжение, снимае­мое с дополнительной обмотки, не попадает на базу.