ivanov-ciganov2 (558065), страница 34
Текст из файла (страница 34)
7.20, в). Однако на реальных импульсных диодах в первый момент после включения напряжение оказывается ббльшим У„р (сплошная линия на рис, 7 20. э). Это явление для выбранной моделй представляется как изменение сопРотивлениЯ гм вызванное Уменьшением толщины базы. Сначала сопротивление га будет относительно большим, а затем по мере накопления неосповных носителей заряда в базовой области уменьшается У откРытого диода падение напРЯжениЯ на гз обычно меньше напряжения у на р-и-переходе. В момент 1 = 1 ток диода инвертн- уется на обратный — 1.
Диод не сразу теряет свои проводящие свойства, поэтому в течение интервала 1т — 1, на нем сохраняется небольпое положительное падение напряжения. В принятой модели при изменении тока диода с прямого на обратный сразу меняется полярность напряжения на сопротивлении гз (скачок на рис. 7.20, а), а загем постепенно происходит разрядка емкости С (штриховая линия ф. Когда емкость диода разрядилась и напряжение на р-и-переходе У стало равным нулю (1 = 1,), начинает постепенно восстанавливаться большое обратное сопротивление п-р-перехода и его отрицагельный ток спадает по абсолютной величине до 1„р, а напряжение возрастает по абсолютной величине до Емр Е,.
Х Гд Рзс. 7.20 Когда напряжение на диоде мало, ток, отдаваемый источником Еэ; близок к току короткого замыкания 1 = Е,/1(,. Зтот обратный дли диода ток протекает в цепи в течение всего интервала 1, < 1( 1м называемого интервалом рассасывания заряда неосновных носителей э базовой области диода и обозначаемого Т, „. На следующем этапе— Восстановления большого обратного сопротйвления — по мере уменьшения абсолютной величины тока диода от 1 до 1,зр обратное напряжение на диоде возрастает до Е,.
Именно на этом этапе коммутационных процессов в диоде выделяется заметная энергия, так как и ток, протекающий через него, и напряжение на нем велики. Зта энергия сравнима с энергией, выделяющейся в диоде при прямом токе, даже -'ели длительность этапа восстановления заметно меньше времени нахождения диода под прямым током. Часто завершение этапа рассасывания неосновных'носителей заряда связывают не с моментом 1„а с моментом 1„соответствующим зулю напрюкення на диоде. В схеме рис. 7.21, а при линейном уменьшении напряжения е (1), начинающемся в момент 1 = О с положительных значений, и при )7,".ь гз получается линейный спад тока диода за этапе рассасывания заряда неосновных носителей в его базовой Под влиянием емкости диода напряжение на ием станет равным нулю позже, чем пройдет нулевое значение ток диода (рис.
7.21, в). Это запаздывание тем больше, чем больше время жизни неосновных носителей заряда в базовой области диода т„и чем меныпе относительная скорость спада тока 1(Т,„. Таким образом, пока не рассосется заряд неосиовных носителей, обратный ток диода нарастает линейно и при инерционном диоде (т< ) Т„) может достичь значительной величины, т.
е. получится, что У„) У<р. После рассасывания заряда неосновных носителей (1 ) Т,,) с восстановлением обратного сопротивления диода его обратный ток спадает, а напряжение на нем приблизится к е (1). Не углубляясь вметодику нахождения величин Тр„ и У , приведем решение этой задачи. Так, при токе через диод на этапе рассасывания, заданном (7.64), длительность этапа рассасывания получается равной Тр, — 1,31 ~/ Т*„,т< (7.66) для т, ~ 7Т,„и ТТр д'~ 0,31т, + 1,2Т,„ (7.66) для т„(7 Т Подставив эти значения Тр, в (7.64), найдем )ш- .
7<р(7 р </Т«1) < 7<р0Ф Ф т<!Т«1) (7.67) (7.68) У„У<р (0>2+ 0,31т„7Т<„). Выражение (7.67) получено для т, > 7 Т, а (7.68) для х„7 Т„. Закон спадания обратного тока диода на этапе восстановления его обратного сопротивления достаточно сложен. Однако, имея в виду только определение энергии, выделяющейся в диоде на этом этапе,' можем положить этот закон экспоненциальным 1, = — )„е ~(' э <)г'<. (7.69) Наиболее распространенный источник высокочастотного переменного напряжения — транзисторный инвертор — на одних этапах своей работы близок к источнику напряжения, а на других к источнику тока.
Соотношения (7.67) и (7.68) справедливы лишь для этапов, где инвертор является источником тока. Выберем следующую модель источника выпрямляемого напряжения. В случае омической нагрузки или в отсутствие нагрузки на его выходе создается напряжение трапециевидной формы с длительностью фронтов Т (линия АБВГ на рис. 7,22, б). При этом он является источником напряжения с выходным сопротивлением г„.
При изменении области (рис. 7.21, б). Пусть напряжение ет (1) = Е, (1 — Г/Т<.). тогда из-за малости падения напряжения на диоде в течение времени: рассасывания получим 1< (() Б< (1 Ш«У ~ 7<р (1 ИТ«) (7.64) 'нагрузки, связанной с переключением диодов выпрямителя, он становится источником линейно спадающего тока. Такая модель неплохо 1тередает свойства транзисторного инвертора, который при насыщеннь1х транзисторах (ключах в первичной цепи) является источником напряжения, а при переключении транзисторов во время коммутационных процессов — источником тока. Итак, пусть при 1( 1, в схеме выпрямителя рис. 7.22, а был открыт диод Д, и по нему протекал ток 7ср. Напряжение на верхней вторичной полуобмотке трансформатора ймело положительную поа1 сд р~ р) ил Рнс. 7.21 Ряс.
7.22 лярность (рис. 7.22, б). Напряжение на выходе выпрямителя ис = ер ,'на этом этапе активных процессов- (7.70) ис=Е, — (У„р — 7,рг„. Начиная с 1 = 1, (рис. 7.22, б) напряжение источника должно бы уменыпаться е, = (1/и) Е,„11 — 2 (1 — Я~Те) (7.71) Если бы диод Д, отключался мгновенно, то напряжение е„, как ':И:вм спадало бы по линейномУ законУ (штРнхован линиЯ на Рнс. 7.22, б).
-'Но емкость диода не может разрядиться мгновенно и диод остается :,,'~ткрытым в течение времени рассасывания и при 7) (и Из-за этого напряжение е„оказывается болыпе, чем э. д. с. ем 'так как ко вторичной полурбмотке прикладывается через открытый 1диод напряжение с выходного конденсатора С выпрямителя. Это !ЖРиводит к тому, что источник ех переходит в другой режим работы. Он становится источником линейно-уменьшающегося тока. Его ток, приведенный ко вторичной обмотке при 1) 1,, спадает по закону (7.72) при 1( 1„и при 1) 1, = 2Ерд, — — Е,ер. Отсюда коммутационные потери энергии в диоде А„,„„~ ~ '~„(1) е„, (1) й = и т» =0,257 Е,е (1 — е ~(гФ гр 1~'р).
РеР ТФ вЂ” Тр (7.74) Коммутационные потери ьющности в каждом диоде, дополнительные к определяемым (7.58) статическим потерям, Р = — — "" " =0 125~1 Е' " (1 — е ~(~Ф гр л)~'»»). (7.75) Ф Рб наступает этап рассасывания заряда неосновных носителей в базовой области диода Д,. К моменту 1 =- гр рассасывание неосновных носителей заряда в сазовой области диода заканчивается и наступает следующий этап коммутационных процессов — этап восстановления бапьшого обратного. сопротивления диода Д,. На этом этапе обратный так диода уменьшается экспоненциально, а напряжение е„спадает от ис да значения, которое дается (7.7!), так как после восстановления большого обратного сопротивления источник е, вновь стал источником напряжения и работает на холостом даду.
К моменту 1 =- гр ток диода Д,станет равным — 7,~р, восстановление большого отрицательного сопротивления закончится. Напряжение на нижней полуобмотке трансформатора ем = — е„ при 1 ) 1, вазрастаетлинейно, в некоторый момент 1 = 1, оно сравнивается с напряжением на конденсаторе С. После этого открывается диод Дм Через него сначала протекает ток, больший 7р, а затем после зарядки выходного конденсатора С, равный прямому.
Исходя из рассмотренных коммутационных процессов, при расчете выпрямителя, работающего от высокочастотного источника переменного напряжения, следует дополнительно учитывать: 1. Спад выходного напряжения при 1,(1(1, из-за разряда конденсатора С обратным током диодов. 2. Дополнительный разогрев диода при 1, ( 1 ( 1„ когда его обратный ток и обратное напряжение велики. Определим сначала энергию, выделяющуюся в диоде при 1р - 1( 1,. Ток диода в это время определяется соотношением (7.54), а напряжение примем спадающим линейно.
На основе рис. 7.22, б имеем е„р —— ' ис — е„2Е„(1 — 1» — Тр )ЯТФ вЂ” Тр ); (7.73) При инерционных диодах и высокой частоте колебаний источника выпрямляемого напряжения (полупериод.Т н фронт Тэ малы в сравнении с т ) коммутационные потери могут превышать статические. Определим теперь. спад выходного напряжения, вызванный обратным током диода, На этапе 1, —: Г, заряд, теряемый конденсатором С из-за разрядки током диода, ч ь бЮ =~ (() М~=~ 7 (( — — ()й+~ 1 е ~ и и л .с, гпргр х =1 (Т, х+О,бт,(( — е '( с ~.д)/~ )) "~ ~ ~ (7 78) сп Помимо этого заряд, теряемый из-за разрядки на нагрузку выпря.
мителя, Ы~, = 10Тэ. Таким образом, напряжение на конденсаторе за время фронта снизится на Лис=(бц„+б0,,)7С. (7.77) э Уменьшение постоянной составляющей выходного напряжения из-за этого е ~~ е спада М, — У3сТ41Т + Ы3ст7Т = а) = И/с (Тэ+ тУ Т (7.78) где второе слагаемое соответствует этапу процесса, при котором напряжение на заряжающемся конденсаторе возрастает с постоянной времени г (участок г ) ~„, на рнс.
7.22, б). Полученный перепад напряжения на конденсаторе выпрямителя Л(7с определяет импульсные пульсации' выпрямленного напряжения. Чтобы найти оценочную формулу для величины пульсаций на выходе ЕС-фильтра выпрямителя, поступим следующим образом. Реальную форму выходного напряжения ис — -- е, заменим более простой с прямо.угольными провалами (рис. 7.23, а). Лмплитуйу прямоугольных провалов примем равной И/с, а их длитепьностьт, получим, приравняв площади реального и эквивалентного провалов (отмечено штриховкой на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
