Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Типовые схемы транзисторных ключей.
Ключ на биполярном транзисторе.
Схема ключа на биполярном транзисторе представлена на рис.
При подачи во входную цепь транзистора импульсы прямого тока Iб, начинается переходной процесс включения, состоящий из трех этапов. На начальной стадии включения, называемой задержкой tзад, происходит перезаряд барьерной емкости входного эмиттерного перехода. Время задержки приближенно оценивается по формуле:
tзад = ,
где Сэб – барьерная емкость эмиттерного перехода;
Uэо≈0,7 В – напряжение прямого смещения для кремневого транзистора.
Затем начинается этап нарастания коллекторного тока. Длительность этого этапа tr определяется условием насыщения транзистора, при каждом выходном ток ключа становится равным максимально возможному, определяемому внешним нагрузкой R:
Ik(tн) = Iкнас = .
Чтобы обеспечить переход транзистора в насыщенное состояние необходимо выполнение условия:
Iб1> = Iбнас.
Для количественной оценки глубины насыщения используют параметр, называемый степенью насыщения N. Он определяется как относительное превышение базовым током Iб, тока насыщения Iбнас:
N = .
Время нарастания можно найти по формуле:
tr = τβ∙.
На последнем этапе переходного процесса включения ток коллектора не изменяется и равен Iкнас, однако заряд в базовом слое продолжает накапливаться. Данный заряд называется избыточным, так как он превосходит граничную величину накопленного заряда при переходе транзистора из активной области в насыщение. Процесс накопления избыточного заряда длится в течение времени накопления tн:
tн = (2…3) τн,
где τн – постоянная накопления заряда при работе транзистора в режиме насыщения.
Переходной процесс включения транзистора начинается в момент изменения входного тока от положительного условия Iб1 до отрицательного Iб2. При этом начинается уменьшение накопленного заряда в базе. Выключение протекает в два этапа. На первом, называемом этапом рассасывания избыточного заряда, происходит уменьшение заряда до граничного значения. В течение процесса рассасывания коллекторный ток от транзистора остается неизменным и равным Iкнас, так как ключ продолжает находится в насыщенном состоянии. Длительность этого этапа характеризуется временем рассасывания tр, которая определяется по формуле:
tр = τн∙.
Эту формулу можно использовать для количественной оценки параметра τн на основе справочных данных.
На втором этапе переходного процесса выключения происходит спад коллекторного тока от Iкнас до нуля. Длительность этапа называется временем спада tс:
tс = τβ∙.
(Основные этапы переключения(рис.))
Временные параметры, характеризующие скорость переключения, являются одними из главных и задаются в справочниках. Времена нарастания и спада коллекторного тока транзистора уменьшаются с ростом амплитуды соответственно отпирающего и запирающего входного тока. Время рассасывания увеличивается с ростом отпирающего тока базы Iб1 и уменьшается с увеличением запирающего Iб2. При увеличении тока нагрузки фронты переключения увеличиваются, а время рассасывания уменьшается.
Ключ на мощном МДП – транзисторе.
Ключ с резистивной нагрузкой по схеме с общим истоком показан на рис.
Поскольку все мощные МДП – транзисторы имеют структуру с индуцированным каналом, при выполнении условия Uзи<Uo (где Uo – пороговое напряжение на проходной характеристики транзистора) ключ заперт, а напряжение Uси = Eo. Обычно в закрытом состоянии ключа Uзи = 0. Однако для высоковольтных транзисторов с целью защиты от всплесков стокового напряжения рекомендуется устанавливать небольшое отрицательное смещение порядка 2…5В. Амплитуда положительного входного импульса , открывающего ключ, составляет 12…15В.
Переходной процесс включения состоит из трех этапов: задержки включения, фронта нарастания и установления напряжения во входной цепи транзистора.
На первом этапе при постоянном напряжении в цепи стока (Uси = E) осуществляется заряд входной емкости транзистора Свх от источника входного напряжения. Задержка включения tзад определяется из условия Uзи(tзад) = Uo:
tзад+ = Rвх∙Cвх∙.
На втором этапе включения транзистор отпирается и по цепи нагрузки начинает протекать ток. Из-за действия отрицательной обратной связи через проходную емкость Сзс напряжение во входной цепи транзистора практически не изменяется (немного возрастает до порогового значения Uпор = Uo+).Длительность перезаряда проходной емкости определяет изменение напряжения на транзисторе и определяется по формуле:
tr = Rвх∙ Сзс∙.
На последнем этапе процесса включения транзистор находится в открытом состоянии, при этом входное напряжение возрастает с постоянной времени
τ = Rвх∙Cвх до максимального значения . Длительность этого этапа равна:
tc = 3∙Rвх∙Cвх
Переходный процесс выключения также проходит в три этапа. Сначала, при переключении входного напряжения, происходит разряд входной емкости до порогового напряжения. Ток ключа при этом не изменяется и длительность задержки выключения определяется по формуле:
tзад- = Rвх∙Cвх∙.
Затем наступает этап выключения тока стока под действием сильной отрицательной обратной связи через проходную емкость Сзс. Длительность этапа спада равна:
tf = Rвх∙Cзс∙.
На заключительном этапе выключения происходит установление входного напряжения до значения с постоянной времени Rвх∙Cвх. Длительность этапа установления:
tc = 3∙Rвх∙Cвх
Временные диапазоны переключения МДП – транзистора показаны на рис.
Времена задержки при включении и выключении уменьшаются с возрастанием перепада напряжения Eвх. Наименьшие значения времени задержки обеспечивает заряд (разряд) входной емкости от источника постоянного тока. Фронты переключения в основном определяются проходной емкостью Сзс. Скорость изменения напряжения на ключе определяется режимом входной цепи, сопротивление которой Rвх определяет временные параметры.
Ключ на биполярном транзисторе с изолированным затвором.
Переходный процесс переключения IGBT во многом идентичен переключению мощного МДП – транзистора, за исключением спада силового тока.
Этап включения состоит из стадии задержки, нарастания тока коллектора и установления напряжения во входной цепи ключа. Временные интервалы каждой стадии рассчитываются также, как и для ключа на МДП – транзисторе. При переключении входного сигнала до отрицательного уровня, начинается процесс запирания, первый этап которого представляет задержку выключения. Затем наступает стадия спада коллекторного тока, которая разделяется на две фазы. Первая фаза характеризуется высокой скоростью изменения тока (инжекционная фаза), затем скорость спада коллекторного тока уменьшается (рекомбинационная фаза). Эта фаза называется хвостовой частью коллекторного тока, ухудшающей частотные свойства ключа.