Москатов Е.А. Источники питания (2011) (1096749), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Существуют различные группы транзисторов: биполярные, полевые, 1ОВТ, однопереходные, фототранзисторы и другие. В линейных источниках питания биполярнь<е транзисторы используют в качестве регулирующих элементов компенсационных стабилизаторов напряжения и активных фильтров. Биполярные транзисторы целесообразно использовать в автогенераторных импульсных источниках питания, частота преобразования которых лежит в звуковом диапазоне, а также в импульсных источниках питания с задающими генераторами, вырабатывающими импульсные последовательности с частотами примерно до 50 кГц. В импульсных стабилизаторах в качестве переключательных элементов широко используют МОБгЕТ.
В преобразователях сетевых импульсных источников питания с задающими генераторами, вырабатывающими управляющие импульсы с частотой до мегагерца включительно, используют МОБг ЕТ. При высоком напряжении, приложенном к ключу, ориентировочно превышающим 400 В, частоте примерно до 100 кГц и мощности от нескольких киловатт применяют 10ВТ. Маломощные однопереходные транзисторы используют в запускающих цепях автогенераторных импульсных источников питания. Фототранзисторы в составе транзисторных оптронов широко применяют в цепях широтно-импульсной стабилизации напряжения или тока импульсных источников питания, сварочных аппаратов и др.
2.7.1. Биполярные транзисторы Исторически первыми из внедренных в производство и серийно выпускаемых были биполярные транзисторы. Б<толлрнь<е транзисторы — это полупроводниковые приборы, состоящие из двух р-п-переходов, имеющие не менее трех выводов и способные усиливать мощность сигналов. Условное графическое изображение (сокращенно рис. зл. уго еипопярного УГО) биполярного транзистора структуры р-и-р дано на рис.
2.7. В кристалле полупроводника организуют три области типов р-и-р или п-р-п, к каждой из которых присоединяют выводы. Центральную узкую область называют базой, а относительно широкие боковые области — эмиттером и коллектором. База транзистора обладает всегда противоположным типом проводимости, нежели коллектор и эмиттер. При этом область базы может обладать либо дырочным, либо электронным типами проводимостей, а концентрация примесей в базе много меньше, чем в эмиттерной области транзистора.
Участок между коллектором и базой представляет собой коллекгорный переход, а участок между эмиттером и базой является эмиттерным переходом. Биполярные транзисторы могут быть включены по схеме с общей базой, с общим коллектором или общим эмитгером, в зависимости от того, какой из выводов транзистора соединен с общим проводом. Ток коллектора биполярного транзистора зависит от тока базы, что позволяет транзисторному каскаду усиливать сигналы. Величину тока базы можно найти, вос- пользовавшись простейшей формулой [92, с. 501: 2.7. Транзисторы 81 1б = 1к / Ьз ь где 1к — ток коллектора биполярного транзистора, Ьн — статический коэффициент передачи тока для конкретного варианта включения транзистора.
Следует запомнить, что управление биполярными транзисторами осуществляют током. Биполярные транзисторы могут работать в ключевом или в динамическом режиме. В последнем случае к входу транзисторного каскада подсоединен источник сигнала, а к выходу подключена нагрузка, обладающая конечным сопротивлением. При этом коллекторный переход биполярного транзистора заперт, а эмиттерный отперт, и транзистор в динамическом режиме может усиливать сигнал, поступающий на его базу.
Мощность потерь, которая выделяется в транзисторе, функционирующем в динамическом режиме, а также тепловыделение существенно больше, чем в транзисторе, работающем в ключевом режиме. В ключевом режиме транзистор почти все время находится в состоянии либо отсечки, либо насыщения. В состоянии отсечки ток через коллектор транзистора стремится к нулю, напряжение коллектор-эмиттер стремится к напряжению питания, и мощность, которая выделяется в транзисторе, близка к нулю. В состоянии насыщения ток через коллектор транзистора максимален, напряжение коллекторэмиттер стремится к нулю, и мощность, рассеиваемая в транзисторе, близка к нулю.
Во время насыщения ток коллектора транзистора почти не зависит от величины тока базы [181, с. 30], следовательно, в этом состоянии транзистор не обладает усилительными свойствами. Во время переключения из отсечки в насыщение и наоборот транзистор находится в линейном режиме. При этом в транзисторе выделяется мощность потерь, во много раз превосходящая мощность потерь в режиме отсечки или насыщения. Величина тока через участки коллекторного перехода во время переключений будет неравномерна, и в кристалле полупроводника транзистора возникают места локального перегрева, что способно привести к выходу транзистора из строя за счет вторичного пробоя полупроводниковой структуры [245, с.
38]. Для уменьшения мощности, которая выделяется в транзисторе во время переключения, с целью предотвращения теплового пробоя используют различные демпфирующие цепи из диодов, дросселей, конденсаторов и других компонентов [48, с. 76), формирователи оптимальной траектории переключения транзисторов, применяемые для того, чтобы рабочая точка находилась в области безопасной работы биполярного транзистора. Следует отметить, что цепи формирования оптимальной траектории переключения и форсирующие цепи необходимы не только биполярным транзисторам в мощных преобразователях, но также и при использовании МОБгЕТ и 1ОВТ. Если ток коллектора одного биполярного транзистора меньше требуемого, то транзисторы можно включить параллельно, соединив базы между собой, объединив друг с другом коллекторы, и включив в цепи эмиттеров каждого транзистора выравнивающие токи резисторы сопротивлением 0,1,.2,2 Ом в зависимости от величины тока, или многообмоточный дроссель.
Выравнивающие резисторы должны обладать сопротивлением, которое в два-три раза превышает сопротивление транзистора в состоянии насыщения. На выравнивающих ток резисторах будет рассеиватъся тепло, а значит, будет потеря КПД. Многообмоточный дроссель позволяет выровнять токи эмиттеров, незначительно снизив КПД, что является его основным достоинством.
К каждому эмиттеру 82 Компоненты источников питания должна быть подключена своя обмотка дросселя. Для уменьшения выбросов ЭДС самоиндукции дросселя каждую обмотку следует шунтировать диодом или стабилитроном. Для достижения высокой надежности биполярные транзисторы, как и любые другие, не следует эксилуатировать в предельных режимах. Перечислим основными параметры биполярных транзисторов: ° максимально допустимый постоянный ток коллектора, А; ° напряжение насыщения коллектор-эмиттер, В; ° максимально донустимый импульсный ток коллектора, А; ° длительность спада тока коллектора транзистора, мкс; ' максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-эмиттер, В; ° обратный ток коллектора транзистора, мкА; ° максимально допустимая мощность рассеивания, Вт; ° статический коэффициент передачи тока при заданной схеме включения транзистора; ° максимально допустимое постоянное напряжение эмитгер-база, В; ° максимально допустимый постоянный ток базы, А; ° предельная частота усиления по току, МГц; ° максимальная температура кристалла полупроводника, 'С.
Обычно импульсный ток коллектора в несколько раз больше максимально допустимого постоянного тока коллектора. Максимальная температура кристалла германиевых транзисторов лежит в диапазоне 50..80'С, а кремниевых транзисторов— 110..180 'С. Низковольтные биполярные транзисторы одной ценовой группы с одинаковым током коллекторов обладают значительно большей предельной частотой усиления по току и большим статическим коэффициентом усиления по току, чем высоковольтные транзисторы. Для надежного переключения некоторых биполярных транзисторов через базы необходимо пропускать токи до нескольких ампер, что уменьшает КПД, но увеличивает помехозащищенность. Поскольку скорость движения электронов выше, чем скорость движения дырок, транзисторы структуры л-р-п обладают лучшими частотными свойствами, чем транзисторы структуры р-и-р.
Можно приобрести высокочастотные, мощные, высоковольтные биполярные транзисторы, однако их стоимость будет значительно выше, чем аналогичных по параметрам МО8ГЕТ. В случае применения биполярных транзисторов в резонансных преобразователях ИИП можно добиться использования в колебательном контуре нх нндуктивности выводов и емкости корпуса.
В таком случае это будут уже не паразитные элементы, а полезные. Частота преобразования резонансного ИИП с биполярными транзисторами может достичь 150 кГц, т.е. стать значительно больше, чем обычно. К основному достоинству биполярных транзисторов с максимальным напряжением коллектор-эмитгер выше 400 В следует отнести более низкое напряжение насыщения, чем у МОЕГЕТ и 1ОВТ, и, следовательно, — меньшие потери в статическом режиме. Кроме того, биполярные транзисторы дешевы и стоят меньше, чем МОБГЕТ и 1ОВТ.
К недостаткам биполярных транзисторов следует отнести малый статический коэффициент усиления по току и низкую предельную частоту мощных высоковольтных транзисторов в преобразователях по нерезонансным топологиям, и, соот- 2.7. Транзисторы 83 ветственно, большие токи баз. Используя потенциально-токовое управление или автоматические системы регулирования тока базы, можно значительно снизить ток, потребляемый транзистором от устройства управления.
Снижают быстродействие биполярных транзисторов емкости между электродами, емкость корпуса. Инерционность носителей зарядов также не позволяет добиться высокого быстродействия. Увеличить предельную частоту работы ключа можно с помощью шунтируюшего транзистора, формирующей импульсы индуктивности и других методов, однако разработанные схемотехнические решения ~192! подразумевают наличие многочисленных дополнительных компонентов, благодаря которым удается добиться увеличения максимальной частоты преобразования до нескольких раз. 2.7.2. МОЗЕЕТ МОБРЕТ, или, что одно и тоже, МДЛ вЂ” транзисторы — это управляемые полем полупроводниковые приборы, имеющие не менее трех выводов, и способные регулировать протекающий через них ток сугубо за счет тех носителей зарядов, которые являются основными для используемого материала полупроводника.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
