ШПОРЫ_1 / 9. Ключ на биполярном транзисторе c диодом Шоттки

§11 Ключ на биполярном транзисторе c диодом Шоттки.

Время выключения ключа на биполярном транзисторе из-за состовляющей tрас тем больше, чем глубже степень насыщения транзистора S. Следовательно увеличение S требует увеличения периода входных переключающих импульсов, т.е. приводит к уменьшению быстродействия ключа. Поэтому в ЛЭ, предназначенных для работы с большой частотой переключения, в транзисторах используется режим, находящийся на грани насыщения. Такой режим обеспечивается включением параллельно коллекторному электронно-дырочному переходу диода Шоттки (рис.11.1.а).

 

Рисунок 11.1

При Uвх<U°пор транзистор закрыт и Uвых=U¹вых>Uвх, вследствие чего диод Шоттки тоже закрыт.

При U°пор<Uвх<U¹пор транзистор работает в активном режиме, но диод Шоттки по-прежнему закрыт, так как в этом режиме Uвых=Uкэ> Uвх и поэтому не оказывает влияния на работу транзистора.

При Uвх=U¹пор наступает режим насыщения транзистора, при этом напряжение Uвых=Uкэнас уменьшается до значения 0.2...0.4 В, что вызывает отпирание диода Шоттки. Поскольку напряжение на открытом диоде Шоттки (0.4 В) меньше чем напряжение на открытом прямосмещенном переходе (0.6...0.7 В), то увеличение входного тока (при увеличении Uвх более чем U¹пор) будет сопровождатся увеличением тока через диод Шоттки при практически неизменном токе базы транзистора Iб=Iбнас.

В переходном режиме (из режима отсечки в режим насыщения и обратно) в течение времени tвкл и tвыкл транзистор работает в активном режиме.При этом потребляемая транзистором динамическая мощность оказывается больше чем статическая (т.е. когда ключ открыт или закрыт).

Пусть tвкл=tвыкл=tф, тогда за время одногопереключения в транзисторе выделится энергия

(11.1)

Если принять, что за время переключения ток iк изменяется по линейному закону

iк(t)=Iкнасt/tф,

(11.2)

то

(11.3)

Считая Iкнас=Eп/Rк и подставив (11.2) и (11.3) в (11.1) получим

(11.4)

 

После преобразования получим

Аперекл=(Еп²tф)/6Rк

(11.5)

Тогда расход энергии за один цикл состовит 2Аперекл, а мощность, выделяющаяся в транзисторе

Рперекл=2Аперекл/T=((Еп²tф)/3Rк)f, где Т=1/f

(11.6)

Из выражения (11.6) следует, что выделяемая мощность в транзисторе ключевой схемы тем больше, чем больше частота переключений.

Поскольку должно соблюдатся условие ,

то из выражения (11.5) можно определить максимальную, с точки зрения нагрева, частоту переключений

(11.7)

Анализируя форму входного и выходного напряжения ключа на биполярном транзисторе, следует отметить, что ключевая схема инвертирует уровень входного сигнала независимо от принятого логического соглашения, т.е. ключевая схема является инвертором, как в положительной так и в отрицательной логике.

При входном напряжении прямоугольной формы, форма выходного напряжения отличается от прямоугольной.Эти отличия связаны не только с физическими процессами в транзисторе. В реальных схемах на длительность фронта и спада выходного напряжения существенное влияние оказывают различные паразитные индуктивности и емкости, наибольший вес которых падает на емкость нагрузки.