Иванов-Циганов А.И. - Электротехнические устройства радиосистем (1979) (563351), страница 48
Текст из файла (страница 48)
8,5 100 ~ Ывээ Овы»у 1 8»эу (гбу + 1/Лэу ! 7,9 0,1 ! 0,6 (8,5 + 25)Я 8»э»8»у+И»ау/(гбу+1/Уэу)1 ! О,! 0,04+0,62Д8,5+25») ! Ивбэйээ (!+Рэ) ! ) 0008 0,015 26 Поскольку возрастание обоих коэффициентов нестабильности получилось п акт~ чески равным, то и общая нестабильность по входному напряжению возрастет с прдкпримерно в тря раза, т. е. не превысит заданной величины. Рассчитаем л~акснмальный перегрев Р-и-перехода силового транзистора по отно. шению к корпусу; Л/вэ = г внР, = 70 ° 1,2 = 84» С. Следовательно, максимальная температура корпуса стабилизатора, на котором укреплен силовой транзистор, 1 ,„ = 1„ ,„ — а/ „ = !50 — 84 = 66' С, 220 ! Глава Х! Стабилизаторы, работающие в ключевом режиме й 11.1. Работа транзисторов в ключевом режиме Рассмотрим особенности работы транзисторов в импульсном (ключевом) режиме. Связано это с тем, что именно особенно! сти транзистора, используемого как ключ, накладывакп основные ограничения на выбор параметров схемы стабилизаторов и определяют ее воэможности.
При работе в ключевом режиме транзистор большую часть времени находится в двух состояниях: насыщения и отсечки. Определить эти состояния можно с помощью схемы рис. 11.1, а. На базу транзистора, включенного в цепь источника Е последовательно с омической нагрузкой, подаются коммутирующие импульсы пря- а/ Рис. 11.1 моугольной формы с амплитудой /б. В отсутствие импульсов транзистор закрыт, это соответствует рабочей точке / на характеристиках рис, 11.1, б. Такое состояние отсечки тока характерно тем, что ток транзистора мал и почти все напряжение источника Е приложено к промежутку коллектор — эмиттер транзистора.
Если амплитуда коммутирующего импульса удовлетворяет условию /б э /ббэ (11.1) то с его появлением рабочая точка займет на характеристиках положение 2. Транзистор перейдет в состояние насьпцения, ток коллектора при этом ограничен внешним сопротивлением, падение напряжения на транзисторе мало, а напряжение источника Е практически полностью приложено к нагрузке.
Характеристики транзистора в ключевом режиме (рис. 1!.2) представляют двумя кривыми: первая нз них соответствует открытому транзистору, а ее наклонный участок — состоянию насыщения; вторая кривая — закрытому транзистору и имеет очень малый наклон до напряжения пробоя.
Рабочими участками характеристики являются наклонный участок кривой ! и пологий участок кривой 2. Область, заключенную между этими двумя кривыми, называют а к т и в н о й о б л а с т ь ю т р а н з и с т о р а. В пределах этой области ток базь1 обладает управляющим действием. И в состоянии насьпцения и в состоянии отсечки мощность, выделяющаяся в транзисторе, мала, так как рабочая точка находится вне активной области.
В активную область !и 1а рабочая точка попадает лишь в про. цессе переключения. Но поскольку он весьма кратковремен, энергия, выделяющаяся в транзисторе за время переключения, также мала. Однако эти небольшие потери энергии и определяют выбор транзистора для силоРис. 11.2 вой цепи импульсного стабилизатора. Для последующего подсчета потерь в транзисторе найдем длительность нарастания тока коллектора (время включения) и длительность спада тока коллектора (время отключения) транзистора. Начнем с выбора модели транзистора.
Ранее, при расчете дифференциальных показателей линейных стабилизаторов, для представления транзистора, работающего в линейном режиме, была использована упрощенная модель, вытекающая из схемы Джиаколетто. Если убрать из нее генераторы токов 1„„1„„, проводимости уб„ и д„— элементы, влиянием которых в последующих выкладках будем пренебрегать, то она примет вид рис. !1.3, а. д 'б Поскольку характери- 1сг стики транзистора-ключа и гб гб,=««1 Лс« являются границами активной области, то при ввея денни в схему рис.
11.3, а 1« ограничителей, можно нег г и К пользовать ее для представления транзистора, ра6в ботающего в режиме пере- д а ключения. Ограничителями служат идеальные диоды Д, и Д,. Первый из них отражает запирание эмиттерного перехода, т. е. отсечку тока коллектора, а второй — отпирание коллекторного перехода, т. е, насыще. ние транзистора. Сопротивление насьпценного транзистора «и, падением напряжения на котором при работе в активной области пренебрегали, вновь включено в схему, так как в режиме насышения только оно и определяет напряжение У„.
Пусть в пепи базы протекает постоянный ток !б = 1,. Если ток 1)1, меньше величины Е„,/(!с„+ «и), то на диоде Д, источником коллекторного напрюкения Е„, создается запирающее напря- а1 сб а) Рис. 11.3 222 жение и ток в коллекторной цепи равен ))1,. Транзистор находится в активном режиме. Если же ток !11„больше, чем Е„,/(11„-)г «и), то на диоде Д, напряжение равно нулю и ток во внешней коллекторной нагрузке !с, равен току насыщения: 1„, = Е„,/Я, + «и), 111.
2) а падение напряжения эмизтер — коллектор 1/,и = 1и„«и. Избыток тока источника !)1, по сравнению с током 1„, протекает через открывшийся диод Ди. Приведенные на рис. 1!.3, б направления полных токов базы и коллектора соответствуют транзистору типа и-р-и. Если желательно, чтобы направления полных токов и приращений совпадали и для транзистора 1б т„ типа р-п-р, то полярность диодов Д,, Д.
и направление тока 1„должны быль а! изменены ца противоположные. Соответственно изменится и направлснис 6 тока, создаваемого генератором !)1,. В более сложных моделях транзисторов-ключей основные моменты, свой- !и ственные рассмотренной, относительно и) простой схеме, сохраняются. В них прежде всего учитывается зависимость т, с 'т бт коэффициента усиления по току транзи- I с и стара Р от напряжения 1/„, а также за- ВИСИМОСтЬ СОПРОтИВЛЕНнй «и, «и, И «и От Иб У тока коллектора. г В наиболее сложных схсмах, пригод- д) ных лишь для машинных расчетов, вводят до пяти различных значений Из них в нашей схеме фигурируют только два: коэффициент усиления по току для Рис, 11гч малых сигналов р и коэффяциент усиления перепадов постоянного тока В,.
Первый из них определяет работу транзистора в активной области, а второй — в режиме насышенпя. В дальнейшем для простоты принято р =. В,. Перейдем теперь к определению времени включения и времени выключения транзистора на основе описанной модели. Пусть транзистор управляется прямоугольными импульсами тока со значениями положительных (открывающих) амплитуд 1„и отрицательных (запирающих) 14 (рис. 11А, а). При включении ток базы зранзистора нарастает скачком от нулевого значения до величины 1бы Управляющий ток 1, меняется в тех же пределах, но плавно, в соответствии с нарастанием напряжения на внутренней базе Б': !,=-1би(1 — е «") (! 1.3) Здесь т, = С,/д, — постоянная времени транзистора при управлении пм пмпульсамп тока, При управлении транзистором от источника напряжения постояв.
иая времени транзистора будет меньше т„' = С,/(д, + 1/гб). Поскольку при переключении транзистора в цепь его базы включают ограничительные сопротивления, генератор управляющих импульсов практнче. скп всегда ста|ювится источником тока. Ток коллектора транзистора также начинает нарастать, следуя за изменениями тока (, (рис. 11.4, б): (н = 51, = 51 „(! — е '("), а напряжение на коллекторе из-за падения напряжения на внешней нагрузке уменьшается (рис. 11.4, в).
Когда напряжение ик, будет равным (/кн, напряжение на диоде Дк станет равным нулю и при дальнейшем )члснличенип тока (!(, диод Дв откроется. Из-за этого ток нагрузки перестанет следовать за током !!(, и транзистор окажется в режиме насыщен и я. Обычно ток базы (б, выбирается ббльшим тока 1,„/[). На рис. 1!.1, б ток 1,н/[! =- 14,. Кратностью включающего тока базы называют отношение (бл = !)1б»/1кн (11.5) Если 1б, есть 1еп то (б, = 1,т/1бм Таким образом, в процессе нарастания ток коллектора открывающегося транзистора стремится к величине [)1б„но при достижении значения 1н, его нарастание заканчивается, так как нагрузка транзистора ограничивает его дальнейший рост (рис. 1!.4, б).
Поскольку за ВрЕМя ВКЛЮЧЕНня Тонн тОК (к дОСтНГаЕт ВЕЛПЧИПЫ 1кн ко (б (р/(г,), тО, подставив ( = Т„„к и („= Iн„в (11.4) и решив полученное уравнение, найдем Т, = То,о = тт 1п (гт 1((г, — 1) (11.6) Чем больше кратность включающего тока, тем быстрее включается транзистор. Однако при больших кратностях включающего тока замедляется выключение транзистора, а также в некоторых схемах могут возникать дополнительные броски тока при коммутации. При отключении транзистора (() (т) ток базы меняется скачкол1 от значения 14, до значения 14 . Управляющий ток при этом спадает по закону е ( ~(т 1 (! е ( гнтг (1 1.7) б -е б-[ е )г т.
е. плавно уменьшается, начиная от значения 1б и стремясь к значению 14-. В начале процесса отключения, пока ток С больше, чем ток (,н/(), транзистор все еще находится в состоянии насыщения и ток его коллектора остается практически равным 1кн. Только когда ток С станет меньше величины !„н/(! = (б./(г,, напряжение на коллекторе станет больше ((„н, диод Д, запрется, транзистор окажется в активном режиме и зок коллектора начнет уменьшаться, следуя за управляющим током (,.
Этот процесс спада рока транзистора па рис. 11.4, б занилтает ин. тсргзл 7'в. 224 На интервале Тв происходит рассасывание заряда неосиовных носителей в базе транзистора. Определить время рассасывания легко из условия 1, е '" '(" — Iб [1 — е * "" ) =1к„/(), (11.8) что дает Тв = Тр = (в (в = тт 1п [(й, + 1(т)1(1 + (бв)1 (11.9) Здесь йв = 1, (!/1,„— кратность выключающего тока базы. Спад токов (, и („. продолжается до тех пор, пока управляющий ток С остается больше нуля. По достижении током (, нулевого значения эмиттерный переход (диод Д, на эквивалентной схеме) запирается и транзистор оказывается в режиме отсечки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
