Файл: Белопольский, И. И. Стабилизаторы низких и милливольтовых напряжений.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.10.2024
Просмотров: 70
Скачиваний: 0
протекающего через коллектор регулирующего транзи стора и длительность паузы. Очевидно, что при этих допущениях время импульса и время паузы можно представить как
Tn—Tn=2t, |
(112) |
где Тп — время протекания тока через коллектор регу лирующего транзистора; Тп— время, в течение которого ток коллектора регулирующего транзистора близок к нулю.
Поскольку время формирования фронтов и среза импульса всегда меньше или равно полному времени длительности импульса, то с учетом (112) можно за писать условия, предъявляемые к регулирующему тран зистору по частотным свойствам в виде
1//макс< 4 / = ^пер, |
(113) |
где ffviaKc — максимально допустимая частота |
регулирую |
щего транзистора; Гпср— период переключения транзи стора.
Однако время / ’связано с т=іЯжвСн уравнением (95), следовательно, требования, предъявляемые к регули рующему транзистору по частотным свойствам, будут
зависеть |
от |
постоянной времени т или, считая Rmn = |
= const, |
от |
величины емкости нагрузочного конденса |
тора Си, которая может быть определена с помощью выражения (95) с учетом частотных свойств выбранно го транзистора, выраженных из неравенства (ИЗ). Обычно в качестве регулирующих используются тран зисторы повышенной мощности. Их предельная частота значительно меньше предельной частоты предыдущих каскадов усиления, построенных на маломощных тран зисторах. В связи с этим будем считать, что на вход регулирующего транзистора подаются импульсы прямо угольной формы разной полярности. Процессы переклю чения разберем на примере регулирующего транзисто ра Т1, включенного по схеме с общим эмиттером (см. рис. 50). При этом воспользуемся работами [Л. 22, 24].
Переходные процессы, протекающие в транзисто ре Т(, включенном по схеме с общим коллектором (см. рис. 51), остаются примерно такими же, поскольку
в обоих случаях управляющим |
является ток базы, а из |
||
менения |
токов |
/ к и /э совпадают с точностью до вре |
|
мени t a, |
где |
та — постоянная |
времени транзистора, |
включенного по схеме с общей базой.
126
На рис. 66 приведены диаграммы, иллюстрирующие переходные процессы в транзисторе. Если в момент вре мени f=ifo генератор прекратит работу, то в цепь базы запертого транзистора Т\ через резистор Rz и открытый транзистор Tz будет подан импульс тока, достаточный для насыщения транзистора, в результате чего рабочая точка будет перемещаться из области отсечки в область насыщения. Переходным процессом в области отсечки можно пренебречь, поскольку его длительность и при ращение тока до выхода на границу активной области пренебрежимо малы. Следовательно, практически весь
Рис. 66. Диаграммы, иллюстрирующие переходные процес сы в регулирующем транзисторе.
а — изменение во времени тока базы; б — изменение во времени тока коллектора.
переходный процесс включения определяется парамет рами активной области. За время включения Тв ток коллектора достигает 0,95 установившегося значения. В момент ti рабочая точка транзистора попадает в об ласть насыщения. В дальнейшем за короткий промежу ток времени происходит повышение концентрации не основных носителей у коллектора, однако этот процесс не сказывается на внешней цепи. Пусть в момент вре мени tz начнет работать релаксационный генератор; тогда рабочая точка транзистора Tz переместится в область отсечки, и ток его коллектора, а следователь но, и ток базы регулирующего транзистора 7Т умень шится практически до нуля. Но рабочая точка транзи стора Т1 еще находится в области насыщения и отрица тельный импульс, обусловленный падением напряжения на резисторе Ri через резистор Rs, поступит на базу. Ток базы изменит направление, и начнется процесс отключения транзистора. Поскольку его рабочая точка находится в области насыщения, плотность неосновных носителей в области базы, примыкающей к коллектору,
127
будет выше равновесной, и произойдет накопление не основных носителей. Следовательно, ток коллектора не изменит своей величины до тех пор, пока не произойдет рассасывание этого избыточного заряда. За время рас сасывания Тѵ плотность неосновных носителей у коллек тора упадет до нуля и рабочая точка транзистора пе рейдет из области насыщения в активную область. Дальнейший процесс' снова определится параметрами активной области. За время Т3 — время запирания — ток коллектора уменьшится до 0,05 от первоначальной величины, в момент Д можно считать, что рабочая точка транзистора достигает области отсечки. Определим вре мя включения транзистора. Если транзистор включается током /бі, то можно определить коэффициент насыщения при включении как
*B, = r - ß . |
(114) |
1Kl |
|
Обозначив собственную постоянную времени транзи |
|
стора, определяемую в активной области как |
|
ѵ = г = г = ( і + е > ѵ |
(115) |
можно записать дифференциальное уравнение |
для / к |
при включении транзистора идеальным импульсом тока базы в виде
di |
|
(116) |
|
|
|
Решив это уравнение, получим возможность опре |
||
делить время включения в виде |
|
|
?J!_ ^ |
___ |
(117) |
Ч, |
Ш km— 0,95" |
|
При отключении транзистора его рабочая точка ока жется в области насыщения, пребывая в ней в течение времени задержки Гр (т. е. времени рассасывания). Время запирания транзистора идеальным импульсом можно также характеризовать коэффициентом насы щения
ÄB,= ¥ -ß . |
(118) |
1 К |
|
Время задержки определяется с достаточной сте пенью точности следующей приближенной формулой
128
[Л. 24]:
T' ~ |
ш I - к аг |
( 119) |
_ |
t*. ^nl ^в2 |
|
где Т' — постоянная времени транзистора в области насыщения, зависящая от параметров нормального и инверсного включения и определяемая по формуле
V
^gH+ V |
( 120) |
|
1 анак |
||
|
Здесь аи и аи — коэффициенты усиления транзистора при нормальном и инверсном включении; гаи и таи—
соответствующие постоянные времени.
В стабилизаторах напряжения регулирующий тран зистор работает без существенного превышения тока базы по сравнению с минимальным, поэтому величиной Тѵ можно пренебречь. Время запирания Т3 при идеаль ном импульсе тока базы находится из уравнения (3-61), правая часть которого должна быть соответственно из
менена. В результате получим: |
|
||
Тг _ |
' ^п2 |
(121) |
|
lg |
0 , 0 5 — é n2- |
||
|
|||
Нетрудно заметить, что время запирания будет при мерно равно времени включения при выбранных зна чениях £ві= 1,2-г-1,5, если коэффициент насыщения при запирании принять равным kB2~ (—0,2) ч-(0,5).
Определим теперь мощность рассеяния на коллек торе регулирующего транзистора, работающего в клю чевом режиме. Режим отсечки характерен малыми то ками при значительных напряжениях, а режим насы щения, наоборот, — малыми напряжениями при больших токах.
Очевидно, что мощности, рассеиваемые транзисто
ром в двух |
основных состояниях ключа, |
меньше, |
чем |
в активном |
режиме. Отсюда следует, что |
рабочий |
ток |
в ключевом режиме может значительно превышать ток, допустимый для непрерывного усиления. Однако при решении вопроса о допустимых токах в ключевом ре жиме не следует забывать о мощности, рассеиваемой при формировании фронтов, когда транзистор находит ся временно в активном режиме. При большой частоте переключения эта мощность играет существенную роль.
3 — 3 6 0 |
129 |
Оценим мощность во всех трех режимах ключа, выпол ненного по схеме с общим эмиттером. В режиме отсечки ток коллектора равен /к.о, а мощность отсечки
Р о т с ~ E lJli.O - |
( 1 2 2 ) |
Мощность, выделяемая на резисторе Р7, очень мала,, |
|
так как мало значение сопротивления |
этого резистора,, |
и мы ею здесь и в дальнейшем будем пренебрегать. |
|
В режиме насыщения мощность |
определяется как |
Риас~ USIі;. |
(123) |
Во время формирования фронтов будем считать, чтоизменение коллекторного тока и напряжения происхо дит по линейному закону, а длительность обоих фрон тов одинакова (Тв= Т а).
Тогда мгновенная мощность, рассеиваемая на кол лекторе, будет иметь вид:
Рк = h UK— £ к/к JT- (l - ' (124)
Проинтегрируем функцию рк в пределах от 0 до Тв, а результат разделим на период переключения Twpr затем, удвоив его, получим среднюю мощность за время
обоих переключений (прямого и обратного) |
|
Рср = - і- £ к / к ^ - |
(125) |
°1 иеР
Обозначая через /0тс и tnас — время нахождения транзистора в состоянии отсечки и насыщения и исполь зуя выражения (122) —(125), запишем полную мощ ность, рассеиваемую на транзисторе, в виде
Р ^ £ к/ к.о^ |
+ /П«э/ к^ + |
4 - £ |
к/ к 7 ^ . |
(126) |
1 яср |
1 пеР |
° |
1 пер |
|
где т = 1 —для насыщенного ключа; т = 2 —для нена сыщенного ключа.
Эта мощность не должна превышать допустимой мощности для данного типа транзистора.
Таким образом, пользуясь выражениями (112) — (126), можно выбрать регулирующий транзистор с не обходимыми частотными свойствами и допустимой мощ ностью рассеяния на коллекторе.
130