Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 76
Текст из файла (страница 76)
Фактически эти значения пропорциональны разности граничного заряда базы и заряда, который должен присутствовать в базовой области полупроводникового прибора в случае, если переходный процесс переключения заканчивается установлением стационарного состояния. соот- ВвтотаувщЕГО ЗиаЧЕНИяМ ТОКОВ 1а..п И 1,пр. Интервал формирования спада коллекторного тока по физике процесса аналогичен интервалу формирования фронта коллектор- ного тока при включении биполярного транзистора, На нем происходит как изменение (уменьшение) объемного заряда базы от с1азр До О, так и пеРезаРЯд коллектоРной емкости. ПоэтомУ по- зэз стоянные времени, характеризующие этот интервал для дрейфовых н бездрейфовых транзнсторэв, различны. Численное значение гсн для бездрейфовых транзисторов можно получить из решения уравнения (10,31) Гс = 'к )и ((/к /йясэ — ук .,)(( — /з )) (10 38) Для определения времени спада дрейфовых транзисторов в (10.38) надо подставить уточненное значение постоянной времени в соответствии с (10.34).
Интервал устпновления стационарного закрытого состояния связан с уменьшением базового напряжения от (/вэнса до (/гааз. Процессы, происходящие прн этом в биполярном транзисторе, аналогичны рассмотренным ранее процессам на интервале задержки включения транзистора. Длительность этого процесса может быть определена по выражению аналогичному (!0.30). Очевидно, что этот интервал существует лишь в случае, когда после выключения биполярный транзистор попадает в режим глубокой отсечки.
Следует отметить, что все описанные выше процессы имеют место, когда частота переключения биполярного транзистора (/каи) ниже частоты (,р, рассчитанной нз условия полного завершения всех стадий его включения — выключения, т. е. ./»с»<Уар=щак (1/(О (! аз + !ф + Р»ан)1: ! (12(!рас + !сп + аэсД), (!О 39) В противном случае, если /к н>(ар, длительности всех процессов изменяются. Например, если выключение биполярного транзистора начн!мается до момента завершения интервала !., (см. рнс. 10.14), длительность /р..
будет меньше, чем рассчитанная нэ (10.38). В пределе, если /н,.=б„т. е. длительность импульса включения /„=!„л+/ф, то время !р будет полностью отсутствовать. Пример 10.8, Рассчнтать параметры транзисторного ключа рнс. 1011,а при следующих услоааяхс У, 27 В; йа 10 Ом; У»=~4,8 В Транзистор КТ908А; аз!э=20; тк 032 10-а с; Уке 06 В; Я м 0.1 Ом; гз-1,5 Ом, Ск 500пФ: /ка 0,1 мА: /кщс 25 мА (йь 10 Оса). Решение, 1, Найдем парамегрм аходной цепи транзистора, обеспечнаающне включенное состоянне транзистора /к.ас (/к»м/Ьз!э)Е»»с (27/20) 1,5»»02 А Ток коллектора /к» с У»//)» 27/1О 2,7 А. Сопротпнленне управляющего резистора, обеспечнпающее аключенне транзпстора Уу нм-Увэ 4,8-(0,6+0,2-1,5) /Б нас 0,2 2.
Найдем параметры входной депп, обеспечкпающне режим запнракия Со. гласно (1025) йг<У» сс»//щ 4,8/0,1 1О с 48 кОщ Окончательно аыбиРаем А',-18 Ом Тогда /э„, (48-06 — 0,2 1,5И!8 02!6 А. 394 3. Найдем время аадержкн включеиня транзисторж Согласно (!0.30) Уу "з ()Вэ ззн у,„,-м!п ('иэ псз ггпэ ззз зузз» )зу/кз 48 — 13 0,1' 10 ~нз4~8 В. З качестве порогового примем напряжение ()вэ, соответствующее режиму пассивного аапирання прн Унэ -!О Ом, 7К 25 10 ' У = — Ве= 10=0,0125 В. Бэ пзу «20 мэ Полагая Сэ Ск найдем тс 2СнЯз 2 500.10-" 10 1,8 10-зс.
4,3 — (-4,8) тогда ймз=1,8 !О-з1п ' ' 1,24 10-з с. 4,8-0,0!25 4. Длительность фронта включения транзистора согласно ЦО 3) раве» ~Б нзс уо та' 1п ~а нзн !К нзс)«З1Э Если учесть, что тв' 0,32 10-з+В).500-"!О 042 !О"' с. О. 216 То уз=0,42 10"з)п 0,41 10 з с. 5. Максимальная длительность интервала накопления согласно (10.35) прп условии т„„Зти' раина 1„„3 0,42.10-'=1,26.
10-' с. 6, Время рассасывания транзистора согласно (10,36) «)и Уззс снзн 1п ~К нзс)«2!Э )Б ззп «'В ~ь нзс ~Б ззн' (7г ззн (()ке+ Б зи ззн) Б ззн где )℄— базовый ток транзистора иа интервале рассасывания Решая последние выражения относительно )а, получаем. заззп=(()узза (~па))()ту+си) ( — 4,8 — 0.6))(18т).5).=0 2!5 А' 2,7~20-(-0,215) 7. Время спада коллекториого тока, Согласно (10.38) сск нзс «тФЭ )В зза -0 2.!О а с уп з>н -( — 0,215) 308 Рис, 10.16. Оитимельннн ФоР- !л ме уиревлянниего сигиела 8.
Полагая б г... оирехеляем минимальное зеленине максимальиоа частоты коммутации ! ! 594 кги. 241 1 ГО» Гн,) 241 24.10-е+О 41.!О-а+1,26 1О е Повышение быстродействия ключей на бнполяряых транзисторах. Приведенный анализ показал, что биполярный транзистор является достаточно инерционным элементом, причем его инерционность определяется как собственно частотными свойствамп транзистора, так н параметрами управляющего сигнала. Последнее обстоятельство имеет большое практическое значение, так как, формнруя определенным образом сигнал управления, можно существенно влиять на инерционной ЭК на биполярном транзисторе. Метод форсированного переключения транзистора широко применяют на практике для повышения быстродействня ЭК.
Суть данного метода состоит в том, что иа интервалах включения н выключения формируют такие значения управляющего сигнала, которые существенно превосходят аналогичные, необходимые с точки зрения обеспечения стационарно включенного н выключенного состояний биполярного транзистора. Оптимальным с точки зрения уменыпения времен переключения транзистора является управляющий сигнал, приведенный на рис.
!6.!6. Параметры этого сигнала должны выбираться из следующих условий: 1в е н !вао должны обеспечивать заданные вреМсна ВКЛЮЧЕНИЯ И ВЫКЛЮЧЕННЯ траНЗИСТОра~ канве Н Газке ДОЛЖНЫ гарантировать работу транзистора соответственно в режимах насыщения н отсечки; интервалы 1~ н !а должны равняться 21=!„л+ + !о+!лак, 2а ггас+ 2сл ч. !гс ° Однако практнческое формирование такого сигнала является весьма сложной технической задачей. Объясняется это тем, что в соответствии с вышеприведенными выражениями все перечисленные параметры взаимосвязаны н к тому же зависят от параметров реального транзистора.
Поэтому на практике используют- 396 Е ар Рнс. !ОЛ7. Схема управленяя бяполярным транзистором с форснруюаннм яоао яенсатором (а) н врсмсняыс яяатраммы, поясняяапнас ее работу (б) ся более простые упрявл~пощне сигналы, по форме приближающиеся к оптимальным. Наиболее просто эта идея реализуется в схеме с форсирующим конденсатором в управлявшей цепи (рнс. 10.17, а). В момент включения управляющего сигнала гувр=(7у кв„в соответствии со вторым законом коммутации, входной базовый ток скачкообразно изменяется от О до /в з — начального импульса базового тока.
По мере заряда конденсатора ток базы постепенно уменьшается до стационарного значения /в аа (рнс. !О.!7, б). Базовый ток в момент включения е„вр определяется выражением УБ во пм (сау вас + сУса вака сУБэ Уегуа П0,40) где (асевяка =!Б аав)ае папРЯженне на кондеисатойе непосРедственно перед переключением; 1с' †сопротивлен дополнительного ограничительного резистора. При получении выражения для !Бво полагалось, что частота коммутации достаточно высока и разрядом конденсатора Са иа )сб можно пРенебРечь.
Иначе Уся стРемитсЯ к значению — (явйб' =О. В стационарном режиме у ...=(и„. — и я(аа,+)),') (10,41) Очевидно, что выбором параметров схемы можно обеспечить уя кр рр а Б ква Аналогично для процесса выключения запирающий базовый ток 16 ае (("Уу эан+ ( со ана + (7зэ)/)(у ((0.42) Где ()Сана. гв.аЯа'. Постоянная времени !!го'Се выбирается, как правило, кз условия окончания процессов перезаряда Са на интервале Г гз..+Г„. Если время перезаряда Со будет меньше указанного, то окончательная фаза выключения будет происходить прн номинальных значениях управляющего сигнала, что снижает эффективность рассматриваемой управляющей цепи. Увеличение постоянной времени )аае'Се положительно сказывается на процессах формирования переключения транзисторного ключа.
Однако прн этом возникают ограничения иа максимальную частоту переключения, так как при этом необходим дополнительный интервал до завершения процесса перезаряда Со. В протявиом случае, если процесс перезаряда емкости С» не завершен к следующему переключению транзистора, эффективность рассматриваемой цепи падает. Пример 10.4, Для условий примера 10.3 рассчи~ать времена переключения транзистора яри использовании схемы управления рис. 10 !7.а и Гтг ГГ'а. Решение 1 Будем полагать.
что частота коммутации транзистора много меньше предельной и за время запертого состояния транзистора конденсатор С» успевает разрядиться через резистор й'а. 2. По условию Гг„й'а 18/2 9 Ом, принимаем Ггг Д'а 9,1 Ом. 3. В соответствия со сделанным допущением опраделнм Оазовмй ток при включении в предположении, что Усе на интервале ге равно О. Тогда 1'в» а (Уу — (ЭВО)/(Лг+гз) (4,8 — 0,6)1(9,!+1,5) 0.4 А. 4. Длительность фронта включения Г~З нтв 1п (/р наа((ув наа )к наа(да!э)) 0,42 1О 1п (0,4И0,4-2,7(20)) О, 17.10 с.
5. На интервале выключенного состояния конденсатор Са зарядится до напряжения (уса Ув -ай'а=0,216-9,1 1,96 В. 6 Полагаа, что эа вРемЯ Г=Г...+Г,. напРЯжение (ус остаетсЯ неизменным. определим (7 -О +и н по са -4,8-0,6-1.96 — кт7;— 9,1+1,5 дгв 0,216-(-0,69) Гам=таза(п 0,42 10 а !и =0,039 !О е с; ГК н„,я„-г.,„' ' 2.7120-(-0,69) I (д .— 1 2.7120 — ( — 0,69) К * Мз за=0,42.!О "1и =0,0 5 1О"е с.
"а-ть " 0,6Э Б аан 398 Сравнивая результаты расчета со значениями из примера 10.3, можно утверждать. что применен ~е ьондегюзтора Сч позволило более чем в 2 раза уменьшить времена гч, б„н г ° ? С учетом сдстанныл допущений, постоянную времелн цепи тс'еСе выбира ем, равную т 2.10-з с Тогда Сз-тЮ'е-2.10-~/9,1 022.10-з Ф-0,22 мкФ Расчеты показывают, что существенную долю времени выключения биполярного транзистора, особенно при пассивном запнраник, составляет время его рассасывания.
Поэтому исключение этого интервала приводит к существенному повышению быстродействия СК. Ключи, в которых биполярный транзистор ке попадает в режим глубокого насыщения, называются иенасгцк(еннымм. Обеспечить этот режим можно ограничением базового тока транзистора на уровне 1в „ . Непосредс1векно путем соответствующего выбора элементов управляющей цеин это сделать не представляется возможкым из-за большого разброса параметров реальных транзисторов и их температуркой нестабильности. На практике для ограничения базового тока используют фиксаиию минимального напряжения коллекторного перехода транзистора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
