Иванов-Циганов А.И. - Электротехнические устройства радиосистем (1979) (563351), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Развив- Рис. !Э. !6 шийся после этого лавинообразный ' процесс приведет к переключению транзисторов: запертый перейдет в состояние насыщения, а открытый в состояние отсечки. Запертый транзистор пропускает через себя только небольшой ток отсечки 7„. Коллекторный ток насыщенного транзистора содер>кит трп составляющие: ток, трансформпрующийся в нагрузку 7«и = У«бц>,/з>п (! 3.38) ток намагничивания ли и ток, нейтрализующий иамагничиваюшую силу, создаваемую током отсечки запертого транзистора. Последняя составляющая из-за симметрии полуобмоток равна 7„. Поскольку токи намагничивания и нейтрализации малы в сравнении с 7„„то ими при расчетах пренебрегают.
Считают, что па этапе, соответствующем перемещению рабочей точки по крутым! участкам Петли гистерезиса, т. е. в линейных процессах, ток коллектора от- 267 крытого транзистора равен току, трансформирующемуся в нагрузку, т.е. 1, =г„„ После запираиия ранее открытого транзистора начнется второй этап линейного процесса — спад индукции в сердечнике трансформатора. Длительность этого этапа Т„, как и первого, определится про,тяженностью крутого участка петли гистерезиса, ибо при спаде пндукция уменьшится от +В, до — В, (рис. 13.15, в). Время запирания и отпирания транзисторов, в течение которого индукция меняется от В„, до В„ как правило, мало в сравнении с величиной полупериода, поэтому спадание индукции от значения +В, до — В, практически определяет величину полупериода напряжения, генерируемого ипвертором — Т, Отсюда можем загшсать Т, ИВг'й 2В„ (13.39) что совместно с (13.52) дает [=1~(2Т,)=(Е,— И„„у~(4и>>ВВ,) Е,((4ш,ВВ,).
(13.40) Частота колебаний инвертора с насьпцающимся трансформатором определяется в основном конструктивными данными трансформатора и величиной напряжения питания. При расчете частоты переключений иивертора, работающего на повышенной частоте, следует учитывать длительность коммутационных процессов Т,. В этом случае ) = 1/[2 (Т, + Т,) ~. (13. 41) Длительность коммутационных процессов зависит от инерционности транзисторов и от схемы инвертора. Для рассматриваемой схемы опа практически равна времени рассасывания заряда неосновных носителей в базах транзисторов. Одной из особенностей рассматриваемого инвертора является возникновение значительных выбросов коллекторных токов транзисторов, возникающих в процессе коммутации. Оценить величину этих выбросов г', (рис. 13.!б,,а) можно следующим образом.
Поскольку именно из-за роста коллекторвого тока транзистор в этой схеме инвертора выходит пз насыщения, а ток базы при этом остается постоянным, то при увеличении тока коллектора в Й, раз (й, — фактический коэффициент насыщения транзистора) транзнсзор окажется на границе режима насыщения и активного режима.
Таким образом, (13. 42) Раньше было показано, что значение й,„может достигать пяти— восьми, а иногда и больше десяти. Поэтому выброс может почти ва порядок превышать нормальное значение коллекторного тока. Для успешной работы в ипверторе транзистор должен иметь допустимое напряжение (г',.„большее двух Е„и допустимый коллекторный ток, больший (5 —: 8) г',„.
Это приводит к излишне большой установочной мощности транзисторов в сравнении с мощностью, отдаваемой инвертором в нагрузку. Уменьшить величину выбросов коллекторного тока можно, изменив принцип переключения транзисторов. В рассмотренной схеме 266 транзисторы переключаются послеимпульсом, т. е. благодаря энергии, запасенной в сердечнике трансформатора. Если в схему самовозбуждающегося инвертора включить второй трансформатор Тг>, (рис. 13.17), то можно основной (силовой) трансформатор Тр, сделать пенасыщающимся. Переключаться транзисторы в такой схеме будут из-за насыщения трансформатора Трз, который и называется п е р е к л ю ч аю щ и м. Обычно напряжение на первичной обмотке этого трансформатора (), выбирается меньшим, чем напряжение, снимаемое с обмотки и>а Поэтому резистор Я,- ограничивает ток в первичной обмотке насыщающегося трансформатора.
При ограничении тока в первичной цепи и насыщении сердечника трансформатора ток вторичной обмотки, т. е. ток базы ранее открытого транзистора, спадает до нуля. Транзистор начинает запираться, что приводит в свою очередь к уменьшению па- и„ пряжения на первичной обмотке (~~6 1 силового трансформатора Тр,. Спад У>> ° напряжения на первичной обмотке иг> иг> иу г> вызовет уменьшение как напряже- ' .+ х> >г ния на обмотке ы„ так и тока, гл протекающего через резистор Й, .
и первичную обмотку трансформатора Тр,.- з Х Уменьшение тока насьпцающего сердечник трансформатора приве- иг дет к появлению па его вторичных Т>г обмотках напряжений с поляр- иггг ностью, противоположной существовавшей ранее. Начавший запи- Рис 13 !7 раться транзистор при этой смене полярности напряжения на всех обмотках силового трансформатора запрется полностью, а ранее запертый перейдет в режим насыщения. Поскольку выход транзисторов из насьицения в этой схеме инвертора начинается с уменьшения тока базы, то рассасывание заряда неосновных носителей в базе открытого транзистора ие приводит к возникновепшо выбросов коллекторного тока.
Более детально преимушества иивертора с промежуточным насыщающпмся трансформатором, так же как и расчетные соотношения, будут приведены в следующем параграфе. Здесь ограничимся определением частоты переключения инвертора. По аналогии с (13.52) можно представить длительность процесса перемагничивания переключающего трансформатора Тр;. Тл = Тпрр — — 2и>мВ.>Я,р'(У. (! 3.43) где (г',, — напряжение на первичной обмотке Тр,, а и>н>В„и В., — его конструктивные параметры. После этапа перемагничивапия протекает этап рассасывания заряда неосповных носителей в базе силового транзистора. Длительность его равна Тр,.
Сумма длительностей двух этапов равна длительности 269 полупериода переменного напряжения, генерируемого инвертором. Поэтому частота колебаний инвертора с переключающим трансфор матором (13. 44) 2 (Тпер+Тр.т) 4жр~Вбр+277 Тр.б Время рассасывания у современных транзисторов составляет доли или единицы микросекунд. Из-за этого в низкочастотных инверторах при подсчете частоты вторым слагаемым в знаменателе последней формулы пренебрегают. Однако при частоте переключений, равной нескольким десяткам килогерц Тр„составляет заметную часть полу- периода и его учет обязателен.
В первой из рассмотренных схем инверторов длительность процесса переключения, а следовательно, и длительность фронтов гене. рируемых колебаний определяется целиком инерционность!!о транзи- сторов. Во второй схеме она зависит р'н от постоянной времени транзистора и индуктивности трансформатора Тир, При насыщении сердечника трансформатора Тр, ток его вторичной обмотки, являющийся током базы запиЕп рающегося транзистора, спадает по экспоненте [см. (13.50)! с постоянной врелбени т = 1.бб, причем в данном случае 6 = ЯР, + 1/7та) и Рис.
13.18 С„, = (л„ш~З,((е (13.45) где р„— проницаемость насыщенного сердечника. Сопротивление И вЂ” это сопротивление резисторов (сб, пересчитанное в первичную обмотку Тр,. Скорость спадания тока коллектора ранее открытого транзистора зависит от постоянных времени трансформатора т и транзистора т,.
Будем в дальнейшем считать, что т ( 0,3 т, и для транзистора такой быстрый спад тока базы равносилен скалку. Поэтому коллекторный ток, ток транзистора во второй схеме, будет спадать со скоростью, определяемой постоянной времени транзистора. Если же соотношение постоянных времени обратное, т. е. т, ( 0,3 т, то врел!я рассасывания и.скорость спада кодлекторного тока транзистора будут определяться индуктивностью трансформатора при насыщенном сердечнике, сопротивлениями, стояишми в цепи возбуждения транзисторов. Поэтому в последующих выкладках для такого соотношения постояяных времени следует заменить т, на т. Ускорить процесс переключения лиожно, зашунтировав один из резисторов делителя напряжения в базовой цепи конденсатором С (рис. !3.18).
Заряд, накопленный в конденсаторе за линейную часть процессов, приводит к форсированному запиранию ранее открытого транзистора, что и ускоряет процесс переключения. Коммутационные потери мощности при этол! уменьшаются из-за сокращения длительности перегрузки транзистора экстремальными токами. 270 $43.6. Самовозбуждающийсв инвертор в преобразователе Хорошие показатели на повышенной частоте получаются у преобразователя, включающего в себя иивертор с ненасыщающимся силовым трансформатором.
В схему преобразователя рис. 13.19, а включен инвертор с переключающим трансформатором, где 'к. п. д., несмотря иа дополнительные потери мощности в трансформаторе Тр, и ограничительном резисторе 77р, получается болыиим, чем у схемы, содержащей инвертор с насыщающимся силовым трансформатором. В схему рис.
13.19, а — ж включены диоды Д, и Д„которые препятствуют появлению значительных положителшп>!х запирающих ббм Тбб б напряжении на базах транзисторов. Включаются опи лишь в тех Рис. !3.19 случаях, если напряжения, снимаемые со вторичных обмоток переключающего трансформатора, больше допустимого запирающего напряжения база — эмиттер для транзистора силовой цепи инвертора. Поскольку высокочастотные транзисторы имеют, как правило, малое допустимое напряжение база — змиттер, то в инверторах, работающих иа повышенных часто- тах, включение защитных диодов встречается в большинстве случаев.
27! Рассмотренные в лх !3,5 линейные процессы в основном повторяются и при работе инвертора на такую нелинейную нагрузку, как выпрямитель. Однако в коммутационных процессах появляются новые моменты, связа»ные с инерционностью диодов выпрямителя. Показатели преобразователя, в котором применены инверторы с насыщающимся трансформатором, р д б б Тб7" бг .получаются удовлетворительными йб, - б только при относительно низких + -~' Г Еб частотах переключения. Связано ррб это с тем, что коммутационные всплески коллекторных токов растягиваются на время переключения б диодов выпрямителя. Прн коротком периоде колебаний их длительность бl 'б! относительно велика, из-за этого снижается к.
п, д, преобразовате. ля, так как становятся большими потери в транзисторах. Делитель напряжения, состоящий из резисторов )г, и Рз, только облегчает запуск инвертора, на протекающие в ием установившиеся процессы не сказывается. В проводимом рассмотрении такой делитель ие учитывается. Начнем рассмотрение процессов, протекающих в схеме ннвертора, с момента насыщения переключающего трансформатора. Пусть это происходит при ! = О. При этом напряжение возбуждения ранее открытого транзистора пропадает. Поскольку индуктивность насыщенного трансформатора мала, можно считать, что спадает напряжение возбуждения скачком.
Однако запирание транзистора происходит не мгновенно. В принятой ранее модели транзистора процесс заппрання был описан выражением (1!.7). В данном случае в отличие от ситуации, рассмотренной в 2 11,1, ток базы на этапе рассасывания пе инвертируется, т. е. ток lв = О, и поэтому ток 1, спадает по экспо, г; ~, .~ 7гр ненте с постоЯнной вРемени т,. . игз Л ~' ~ 7, Пока ток 1„больше 1,/(1, происходит рассасыванне заряда неосновиых носителей в базе ранее открытого транзистора. Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
