Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электронные цепи и микросхемотехника. Импульсные и цифровые устройства. Конспект лекций. Учебное пособие
.pdf
Здесь T – период повторения импульсов,
P
t
– длительность откры-
и
того состояния ключа.
Статические потери в режиме насыщения
t
PUI
Динамические потери на этапах включения и выключения.
2.
кн кэн кн
и
. (1.18)
T
Представим на этапе включения ток коллектора в виде линейной зависимости:
t
()
it I
ккн
. (1.19)
t
ф
Для резистивной нагрузки с увеличением тока коллектора напряжение на нем будет изменяться по закону
() 1
ut E
кк
t
. (1.20)
t
ф
Средняя мощность, выделяемая в цепи за время включения транзистора, определится интегральным соотношением
t
ф
1
Pitutdt
ком
T
0
() ()
кк
(1.21)
Подставив в (1.21) выражения (1.19) и (1.20), получим окончательное соотношение для расчета мощности потерь при включении:
tt
1
PEI EIf
ком к кн к кн
фф
66
T
. (1.22)
Аналогичным образом можно получить выражение для расчета
мощности потерь при выключении транзистора:
t
EI f
ком к кн
21
c
. (1.23)
6
Результирующая мощность потерь запишется в виде суммы всех
E
Е
Е
Е
Е
статических и динамических потерь:
PP P P P
кквыккнкомком
. (1.24)
1.7. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ТК НА ИНДУКТИВНУЮ
НАГРУЗКУ
Осциллограммы работы ТК с индуктивной нагрузкой изображены
на рис. 1.16.
Подадим отпирающее напряжение
на базу транзистора. После
2
окончания формирования фронта транзистор перейдет в режим насыщения и ток коллектора начнет нарастать линейно с течением времени:
Е
it
кк
кн
LR
нн
. (1.25)
При этом ток базы насыщения также будет изменяться по линей-
ному закону
Е
it
бн
кк
LR
нн
. (1.26)
Максимальное значение тока базы насыщения будет достигнуто к
t
концу отпирающего импульса
(выразим также через коэффициент за-
и
полнения D и частоту f ):
It
бнmax
кккикк к
LRLТ RLfR
ЕТЕt ЕЕ Е
и
ннн нн н
D
. (1.27)
Следовательно, условие насыщения для ключа с индуктивной
нагрузкой можно сформулировать следующим образом:
II t
б1 бн max и
ккк к
LRLfR
ннн н
ЕЕ Е
D
(1.28)
.
В момент снятия отпирающего импульса транзистор перейдет в активный режим и начнет закрываться. Однако ток в индуктивности не
может прерваться и продолжит протекать уже через контур, обеспеченный сопротивлением нагрузки за счет ЭДС самоиндукции.
22
Е
к
Rш
L
R
н
н
VD
R
б
VT
u
вх
Рис. 1.15
U
вх
Е
2
t
0
iвх
I
б1
I
бн ma x
0
iк
.
Е
tи /L
к
н
Ек/R
н
0
и
t
T
t
р
t
t
U
к
E
к
0
U
L
E
к
0
U
кmax
U
Lm
Рис. 1.16. Осциллограммы работы ТК с индуктивной нагрузкой
23
t
t
При этом на катушке индуктивности возникнет перенапряжение,
Е
R
E
I
I
R
равное
Е t
UIR R
max к max нн
L
ки
L
(1.29)
.
н
Максимальное напряжение на коллекторе закрытого транзистора с
учетом всплеска за счет ЭДС самоиндукции при этом будет равно
Е R
U
к max к max ки
UE t
L
кн
L
(1.30)
.
н
Для защиты транзистора от пробоя параллельно катушке индуктивности включают антипараллельный защитный диод, через который будет замыкаться ток от накопленной энергии в индуктивности, и
ш
чтобы ограничить всплеск напряжения.
1.8. РАБОТА ТК ПРИ ЕМКОСТНОЙ НАГРУЗКЕ
,
До момента времени
Конденсатор
Uвх
Рис. 1.17. ТК с емкостной нагрузкой
C
был заряжен до напряжения питания
н
R
б
В момент времени
t
транзистор находился в режиме отсечки.
0
.
к
Ек
R
к
C
VT
t
на базу транзистора подается отпирающее
0
н
б
Рис. 1.18. Включение ТК
с емкостной нагрузкой
E
к
R
к
С
н
напряжение и он переходит в активный режим. Конденсатор начинает
разряжаться через открытый транзистор.
В этой схеме емкость
C
разряжается постоянным током
н
ставляющей тока подзаряда через
пренебрежем), и тогда время
к
24
(со-
б
разряда конденсатора
I
Е
шения
UC I t
C
н
, то есть
(время включения) можно оценить из соотно-
E С
к
tI
вкл
. (1.31)
б
За это время транзистор перейдет в режим насыщения.
В момент времени
t
на базу подается запирающий импульс и тран-
2
зистор переходит в режим отсечки. Приблизительное время переходного процесса, то есть время изменения напряжения от уровня
до уровня
0,9mU
, можно оценить из соотношения
0,1mU
() (0)
UU
tRС
выкл к н
ln ln 2,2
CC
() ( ) 0,9
UUt ЕЕ
CC
выкл к к
0,1
ЕЕ
кк
. (1.32)
Лекция № 4
1.9. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРНОГО
ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯ ТОКА
Подадим входной сигнал на базу транзистора VT1, в то время как
база второго транзистора подключена к источнику опорного напряжения Е.
Особенностью является следующее:
– управление осуществляется не током (хотя и БТ-транзисторы), а
напряжением (Е=const);
– открытый транзистор находится в ненасыщенном режиме, что
обеспечивает повышенную скорость переключения в связи с
ствием задержки на рассасывание избыточных зарядов.
Статический режим переключателя тока
Пусть входной сигнал
открыты и в каждом из них протекает ток
меньше потенциала E на величину
UUE
вх б
. В этом случае оба транзистора
0,5
. Потенциал эмиттеров
0
0, 7 ВU
(
U
э
U
отсут-
).
25
RкR
E
I
I
Е
к
к
U
б
Рис. 1.19. Транзисторный переключатель
VT
VT
1
U
э
тока
2
I
0
constE
При уменьшении потенциала базы на величину δ (желательно ≥ 0,1 В)
потенциал
U
не меняется, напряжение
э
U
уменьшится также на вели-
б1
чину δ. При этом ток транзистора VT1 уменьшится в десятки раз. Следовательно, при входном сигнале
UE
б
перт, а через транзистор VT2 будет протекать полный ток
EE
назовем запирающим потенциалом.
б
Если, наоборот, увеличить потенциал
транзистор VT1 будет за-
. Величину
0
U
на величину δ, то вместе
вх
с ним на ту же величину возрастет потенциал эмиттеров и, соответ-
U
ственно, уменьшится напряжение
транзистора VT2. Следовательно, при входном сигнале
. При этом резко уменьшится ток
бэ2
U Е
б
тран-
зистор VT2 можно считать запертым, а весь ток протекает через транзи-
EE
стор VT1. Величину
Перепад потенциала
чивает переключение тока
назовем отпирающим потенциалом.
б
U
б
0
около средней величины Е обеспе-
из одного транзистора в другой:
ЕЕ
бб
ЕЕ
бб
2
26
2,
.
Остановимся на открытом состоянии транзистора. Полагая, что
I
Е
Е
Е
Е
ЕIR
транзистор работает в активном режиме и
Iq
, получаем для токов
э
коллектора и базы известные соотношения:
II
кэ
II
б 0
,
(1 ) .
(1.33)
I
0
1
Потенциал коллектора определяется выражением
U
кк 0 к
Чтобы избежать насыщения, нужно выполнить условие
UU
. Подставляя в это неравенство значения
бк
. (1.35)
бк 0 к
IR
Е IR
. (1.34)
0U
или
кб
U
и
,
к
получим
б
На практике данное нестрогое неравенство можно заменить равенством. Тогда условие ненасыщенного режима запишется в следующей
форме:
ЕЕIR
. (1.36)
бк0 к
Остаточное напряжение на коллекторе будет равно напряжению на
БЭ-переходе.
1.10. РАЗНОВИДНОСТИ ТРАНЗИСТОРНЫХ КЛЮЧЕЙ
1.10.1. КЛЮЧ НА ОСНОВЕ СХЕМЫ ОБ
Особенностью управления является то, что входное напряжение
должно быть отрицательным (рис. 1.20) и управляющий ток – ток эмиттера, больше переключаемого коллекторного тока, и условие насыщения
UU
вх эб
э
эк
к
, (1.37)
R
что не всегда выполняется, если управление осуществляется от аналогичного ключа.
27
Rэ
I
Е
VT
Рис. 1.20
Rк
ЕкUвх
В режиме отсечки входной ток
ОБ выше схемы ОЭ, так как /1
1.10.2. КЛЮЧ НА ОСНОВЕ СХЕМЫ ОК
.
I
э0 к0
. Быстродействие схемы
Для этой схемы (рис. 1.21) характерны перепады входного напряжения больше значения
, так как
к
UUU EU, что затруд-
бэ к
**
няет их использование.
Ек
Rб
VT
Uвх
Рис. 1.21
Uвых
Rэ
1.10.3. КЛЮЧ ТИПА «ЗВЕЗДА»
Эта схема (рис. 1.22) имеет два противофазных выхода: если на одном из выходов будет положительный перепад напряжения, то на другом – отрицательный перепад (рис. 1.23).
28
ВЫХ1
Е
R
R
Е
Е
К
ii
бк
R
Э
Rк+R
.
Э
Условие насыщения транзистора будет выполняться, если
+
-
Е
К
Е
R
K
U
U
ВЫХ1
ВЫХ2
R
U
Б
ВХ
R
Э
К
0
U
U
ВЫХ2
Рис. 1.22 Рис. 1.23
Можно записать соотношение для ключа на границе насыщения как
для активного режима, пренебрегая падением напряжения на транзисторе:
U U iR iR ,
квхквхэ
RR
кэ
(1)
откуда
Е
i
вх
к
(1)
кэ
. (1.38)
R
В то же время
U
i
вх
вх
(1)
бэ
. (1.39)
R
Приравняв выражения (1.38) и (1.39), получим условие насыщения:
(1)
RR
U
вх к
бэ
(1)
RR
кэ
. (1.40)
29
1.10.4. КЛЮЧ НА СОСТАВНОМ ТРАНЗИСТОРЕ
R
R
Транзистор VT1 (рис. 1.24) формирует ток базы мощного транзи-
и
стора VT2. Низкоомные резисторы
1
обеспечивают цепь для рас-
2
сасывания носителей зарядов из баз при закрытии транзисторов. Диод
VD1 обеспечивает цепь запирающего базового тока для транзистора VT2
на случай, если маломощный транзистор VT1 запирается раньше.
Ек
Rк
R
б
R
VT1
Uвх
UUUU
При
ния,
к2 к1 э1 б2
что приводит к увеличению потерь мощности на нем). Чтобы силь-
VD1
VT2
R
1
Рис. 1.24
R
2
(VT1 насыщен, VT2 – на границе насыще-
нее насытить мощный транзистор и уменьшить на нем потери, можно в
коллекторную цепь VT2 включить малоомный (доли ом) резистор R. Об-
щее падение напряжения на VT2 и R при глубоком насыщении транзистора может быть меньше, чем в обычной схеме.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]