Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Силовая Электроника. Маругин / СЭ / Силовоя эл.3.05.14-стр 248 отпечатано (Восстановлен).doc
Скачиваний:
3991
Добавлен:
27.03.2016
Размер:
21.73 Mб
Скачать

1.3.3. Динамические режимы работы силовых транзисторов

Переход транзистора из выключенного состояния во включенное и наоборот происходит не мгновенно, а в течение характерного для каждого типа транзис­тора времени (рис.1.17).

Инерционность переходных процессов обусловлена инерционно­стью процессов изменения концентрации носителей электрических зарядов в структуре транзистора и наличием в ней внутренних (собственных) емкостей. Емкости, называемые иногда «паразитными», определяют быстродействие транзистора.

Ранее было показано, что на динамические режимы работы ключей влияют их быстродействие и параметры внешней цепи, в которой происходит коммутация. Рассмотрим процессы, обусловливающие быстродействие биполярных транзисто­ров как ключевых приборов. Для качественной оценки принимается допущение, что нагрузкой является активное сопротивление.

Включение биполярного транзистора. Предположим, что транзистор при t < t0 находится в режиме отсечки (выключен) и в момент времени t = t0 (рис. 1.17, б) в базу транзистора от источника тока управления поступает импульс тока значе­нием > с идеально крутым фронтом.

Рис. 1.17. Динамические процессы в биполярном транзисторе:

а – схема замещения; б – диаграммы

Так как напряжение на входной емкости СВЕ не может измениться скачком, начинается процесс ее заряда до напряжения при котором увеличивается ток базового перехода транзис­тора (момент времени t1). Этот процесс определяется временем задержки на вклю­чение транзистора. В момент времени t = t2 заряд Q, в базовом переходе достигает граничного значения , соответствующего наступлению режима насыщения. При этом дальнейшее увеличение тока коллектора iс прекращается, а накопление избыточного заряда ΔQ в базе будет продолжаться до момента вре­мени t = t 3.

Время нарастания тока коллектора iС при iВ >> называют длитель­ностью фронта включения транзистора. Время включения транзистора tвкл состоит из времени задержки на включение и времени нарастания тока коллектора = + .

Если учесть инерционность, создаваемую выходной емкостью транзистора ССВ, окончательный спад напряжения иСЕ будет происходить несколько позже момента времени t2.

Выключение биполярного транзистора. Предположим, что в момент вре­мени t = t4 в базу насыщенного транзистора поступает отрицательный (запираю­щий) импульс тока iВ2. Под воздействием этого тока начинается интенсивное рас­сасывание избыточного заряда Q до значения Q = В момент времени t = t5 транзистор выходит из режима насыщения. Время рассасывания избыточного заряда соответствует времени задержки на выключение .

Общее время выключения транзистора tвыкл = выкл + , где — длитель­ность спада тока коллектора до наступления режима отсечки, т. е. длительность фронта выключения. Восстановление выходного напряжения закончится позже момента времени , когда ток станет равным нулю из-за наличия собственной выходной емкости транзистора .

Включение МОП- транзистора. Отсутствие явлений накопления и рассасыва­ния неосновных носителей заряда обусловливает высокое быстродействие поле­вых транзисторов. Однако из-за особенностей структуры МОП- транзисторов зна­чения межэлектродных емкостей в них больше, чем в биполярных. На рис. 1.18, а приведена схема замещения МОП- транзистора межэлектродными емкостями: СDS сток-исток, СDG сток-затвор, СDG затвор-исток.

Предположим что МОП- транзистор находится в состоянии отсечки (закрыт).В момент времени t = t0 (рис. 1.18, б) на его затвор подается сигнал управления от источника напряжения управления Uy внутренним сопротивлением Ry . Емкость входного конденсатора при условии, что Rу >> Rн, может быть определена по: + .

При достижении напряжением на затворе транзистора порогового значения в момент времени t = t1 транзистор выходит из режима отсечки и напряжение сток-исток уменьшается. Интервал времени t0t1 соответствует времени задержки на включение транзистора вкл. В момент времени t = t2 напряжение увеличивается и приводит транзистор в открытое состояние. Этот интервал вре­мени соответствует длительности фронта включения транзистора .

Общее время включения транзистора составляет tвкл = вкл + . Очевидно, что при включении МОП- транзистора, главным фактором, определяющим его быстродействие, явля­ется скорость заряда входного конденсатора Сiss. При этом необходимо отметить, что при включении транзистора появляется ток обратной связи истока и затвора через емкость СGD. Этот ток, замыкающийся через цепь управления тран­зистором, повышает эффективность емкости , замедляя спад напряжения . Этот эффект называется эффектом Миллера, а емкость СGD — емкостью Мил­лера.

Рис. 1.18. Динамические процессы в МОП- транзисторе:

а – схема замещения; б – диаграммы напряжения

Скорость заряда емкости затвора определяется параметрами источника сиг­нала управления, поэтому в целях повышения быстродействия часто используют форсированное включение МОП- транзистора от источника тока на начальном интервале включения с последующим поддержанием необходимого сигнала управления от источника напряжения малой мощности.

Выключение МОП- транзистора. При скачкообразном снижении сигнала управления до нуля в момент времени t = t3 начинается выключение транзистора

( рис. 1.18, б). В начале процесса выключения на интервале задержки td выкл = t4- t3 напряжение на затворе выше порогового значения напряжения . При этом напряжении транзистор переходит в активный режим и напряжение иDS практически не увеличивается. В момент времени t = t5 напряжение на затворе уменьшается до нуля и транзистор находится в режиме отсечки, т.е. в выключен­ном состоянии. Интервал времени t4t5 соответствует длительности фронта выключения транзистора . Общее время выключения tВЫКЛ = выкл + .

Динамические процессы МОПБТ. Быстродействие МОПБТ определяется тем, что они сочетают свойства биполярных и МОП- транзисторов. В начале включения переходные процессы МОПБТ и МОП- транзисторов сходны. На конечном интервале в переходном процессе МОПБТ начинают преобладать свойства биполярного транзистора. Это приводит к затягиванию спада напряжения между коллектором и эмиттером, так как переход биполярного транзистора из активного режима в насыщенный происходит более медленно. При выключении характер переходного процесса вначале сходен с процессом в полевом транзисторе, а на конечном интервале — с биполярным из-за накопления избыточных зарядов в одной из областей его структуры.