2

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Коломенский институт(филиал)

Государственного образовательного учреждения высшего

профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

_____________________________________________

Кафедра автоматики и электроники в машиностроени

В.Е. Кузин

СИЛОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В КЛЮЧЕВОМ РЕЖИМЕ РАБОТЫ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

Методическое пособие к лабораторным работам

Направление подготовки дипломированных специалистов

220000 – «Автоматика и управление»,

специальность

220201 - «Управление и информатика в технических системах

Коломна

2009

У

Печатается в соответствии с решением учебно-методического совета Коломенского института (филиала) ГОУ ВПО «МГОУ» от 4.10.2007г. №19-07/УМС

ДК 621.38

ББК 32.85

К-89

Кузин В.Е.

Силовые электронные устройства: Учебное пособие к лабораторным работам для студентов очной и очно-заочной формы обучения по специальности 220201 - Управление и информатика в технических системах: – Коломна: КИ(Ф) МГОУ, 2009.– 27с.

Учебное пособие составлено в соответствии с Государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования по подготовке дипломированного специалиста по направлению 220000 – «Автоматика и управление».

Учебное пособие одобрено на заседании кафедры «Автоматика и электроника в машиностроении» Коломенского института (филиала) МГОУ (протокол № от . .09) и утверждено учебно-методическим советом.

УДК 621.38

ББК 32.85

© Кузин В.Е.

© КИ(Ф) МГОУ, 2007

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ 4

1.1.СТАТИЧЕСКИЕ СОСТОЯНИЯ КЛЮЧА "ОЭ". 5

1.1.1.Режим отсечки 7

1.1.2. Нормальный активный режим 9

1.1.3. Режим насыщения 10

1.1.4. Выводы 12

1.2.ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В КЛЮЧЕ "ОЭ" ПРИ 13

УПРАВЛЕНИИ ОТ ИСТОЧНИКА ТОКА 13

1.2.1.Сущность метода заряда 13

1.2.3. Переходные процессы в насыщенном ключе 18

1.2.4. Выводы. 21

1.3. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ КЛЮЧА 21

1.3.1. Оптимизация формы управляющего сигнала 22

с помощью ускоряющего конденсатора 22

1.3.2.Применение нелинейной ООС 24

1.3.3. Выводы. 25

2. ПРОГРАММА РАБОТЫ. 26

2.1. РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ 26

2.2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ 27

ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ 27

2.3. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА 29

3. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 29

ЛИТЕРАТУРА 30

Введение

Методическое пособие предназначено для подго­товки к выполнению и защите лабораторных работ по курсу "Силовые электронные устройства" для студентов, обучающихся по специальности «Управление и информатика в технических системах» и по направлению «Автоматизация и управление».

Выполнение лабораторной работы преследует главную цель - изучение работы биполярных транзисторов в ключевом режиме. Исследуется влияние входного сигнала, элементов схемы и режима работы транзистора на отдельные этапы переходных процессов, а также схемные методы повышения быстродействия транзисторных ключей.

В теоретическом разделе излагаются по­яснения принципов действия и расчета ключевых схем на биполярных транзисторах. В связи с этим данное учебное пособие может ока­заться полезным как при прохождении лабораторного практикума, так и при изучении соответствующего раздела курса "Электроника". Кроме того, оно может быть использовано при курсовом и дипломном проектировании ключевых транзисторных схем.

1. Краткие теоретические сведения

Ключевым режимом называется такой режим, при котором тран­зистор большую часть рабочего времени находится в двух состояниях:

- открытом состоянии (ключ замкнут и его сопротивление значительно меньше сопротивления нагрузки);

- закрытом состоянии (ключ разомкнут и его сопротив­ление значительно больше сопротивления нагруз­ки).

При переходе из замкнутого в разомкнутое состояние внутрен­нее сопротивление ключа меняется в пределах нескольких порядков.

Ключевом режим работы транзисторов является основным в по­давляющем большинстве импульсных и цифровых устройств автомати­ки, телемеханики и вычислительной техники.

По способу включения транзистора различают три варианта транзисторных ключей: ключ с общей базой (ОБ); ключ с общий эмиттером (ОЭ) и ключ с общим коллектором (ОК).

Наибольшее распространение получили ключи с общим эмиттером (рис.1), поскольку они имеют наибольшее отношение выходной мощности к мощности сигнала управления.

К лючи с общей базой (рис.2) позволяют наилучшим образом реализовать частотные свойства биполярных транзисторов, однако они обладают наименьшим входным сопротивлением, что во многих случаях затрудняет их использование.

Ключи с общим коллектором (рис.3) обладают наибольшим входным и одновременно наименьшим выходным сопротивлением. Это является существенным достоинством ключей ОК, однако их коэффициент усиления по напряжению меньше единицы.