
- •Электрический ключ
- •1.1. Электрический ключ
- •1.2. Электронный ключ выполненный на биполярном транзисторе
- •1.2.1. Режим насыщения
- •1.2.2. Режим запирания
- •1.3. Динамические режимы работы электронного ключа. Длительности фронта, рассасывания и среза.
- •1.4. Оптимальная форма базового тока
- •1.5. Цепь формирования квазиоптимальной формы базового тока
- •1.6. Электронный ключ на основе полевого транзистора
- •1.6.1. Включение и выключение ключа
- •1.6.2. Особенности коммутации высоковольтных ключей на мдп транзисторе Эффект Миллера
- •1.7. Ненасыщенные ключи
- •1.7.1. Ненасыщенный ключ с вспомогательным источником э.Д.С.
- •1.7.2. Ненасыщенный ключ с шунтирующим диодом
- •1.8. Силовые электронные ключи на основе составных биполярных транзисторов
- •1.8.1. Схема Дарлингтона
- •1.8.2. Вторая схема электронного ключа на базе транзистора
- •1.9 Силовые электронные ключи на основе igbt-транзисторов
- •Паразитные емкости и их влияние.
1.3. Динамические режимы работы электронного ключа. Длительности фронта, рассасывания и среза.
Схема устройства для исследования динамических режимов работы электронного ключа приведена на рис. 1.9. Временные диаграммы, поясняющие процессы в электронном ключе, приведены на рис.1.10.
tвыкл
Рис.1.10
Пусть на интервале
(0 -
)
напряжение
на выходе генератора импульса (рис.1.9)
имеет отрицательную полярность.
Транзистор VT
находится в режиме активного запирания
и в цепи +En,
Rк
коллектор-база VT,
Rб,
ГИ, общий проводсуществует
незначительный тепловой ток Iко(б)
с общей базой. Напряжение
близко к
.
В
момент времени
(рис.1.10) изменяется полярность напряжения
на выходе ГИ (диаграмма
).
Появляется положительный ток базы
(диаграмма
),
проходящий по цепи ГИ,
Rб,
база-эмиттер,
.
В случае,
если ток базы
=
,
то ток коллектора
(диаграмма
)
нарастает по траектории 3, и к моменту
времени
=
.
Если ток базы
>
,
то процесс включения VT
занимает меньшее время. Ориентировочно
при коэффициенте насыщения
ток коллектора
изменяется
по траектории 2, а при коэффициенте
насыщения
ток коллектора
изменяется
по траектории 1. Напряжение
на интервале включения уменьшается от
до
по траекториям 1 – 3 , которые инверсны
траекториям 1 – 3 нарастаниям тока
коллектора.
Процесс нарастания тока коллектора описывается эмпирической формулой
.
Приравняв в уравнении
,
определим время фронта
нарастания тока:
,
где
,
,
Если
=1,
то можно говорить об активной длительности
фронта, когда
меняется от 0,1
до 0,9
.
Тогда активная длительность фронта:
.
В момент времени
меняется полярность напряжения на
выходе ГИ. Входной ток также меняет
полярность. Начинается процесс выключения
транзистора VT,
который состоит из двух фаз: процесса
рассасывания неосновных носителей в
базе транзистора VT
и процесса спада тока коллктора
(среза
импульса тока).
Время рассасывания это то время в течение которого избыточный объемный заряд в области базы уменьшается до граничного. На этом интервале времени ток коллектора остается неизменным и равным току коллектора насыщения. Транзистор как бы «не замечает» что ток базы прекратился. Чем больше коэффициент насыщения, тем больше объемный заряд накоплен и, соответственно, больше время рассасывания. Применительно к напряжению на емкости эмиттерного перехода можно говорить о большом напряжении на этой емкости.
Когда отпирающий
ток
заканчивается, начинается процесс
уменьшения объемного заряда в области
базы. Заряд может уменьшаться по двум
причинам: за счет естественной
рекомбинации носителей заряда и за
счет создания обратного тока базы
.
До тех пор пока объемный заряд в базе
больше граничного, т.е. напряжение на
емкости эмиттерного перехода
>
,
VT
остается открытым и насыщенным.
В момент времени
объемный заряд уменьшается до граничного.
Время рассасывания
заканчивается и начинается процесс
уменьшения тока коллектора, который
занимает время
,
называемое время среза.
Время рассасывания и время среза определяется эмпирическими формулами:
,
.
При
время рассасывания
.
Из анализа выражений, определяющих времена фронта, рассасывания и среза, можно сделать выводы, что:
время фонта уменьшается, если коэффициент насыщения увеличивается;
время рассасывания уменьшается, если коэффициент насыщения уменьшается;
время рассасывания и время среза уменьшаются, если обратный ток базы увеличивается.