Файл: Венгеровский, Л. В. Прецизионные полупроводниковые стабилизаторы.pdf

Подставляя выражение (П10) в (П9), имеем

Или окончательно с учетом формулы (П-8)

Д2ЛЬРТ

R в

II. ЭФФЕКТИВНАЯ ТРИГГЕРНАЯ ЗАЩИТА ДЛЯ ПСН

Серьезный недостаток ПСН, как и других полупроводнико­ вых стабилизаторов,— большая чувствительность к токовым перегрузкам и короткому замыканию на выходе. Это обстоятель­ ство является основной причиной аварий в цепях питания элек­ тронных и автоматических систем и снижает их надежность при работе в различных эксплуатационных условиях.

В этой связи возникает необходимость высокоэффективной защиты ПСН. На рис. П-2 приведена принципиальная схема

транзисторы стабилизатора; Т5 и Тб — транзисторы защитного

зации стабилитронов Д1 и Д2.

При нормальной работе стабилизатора защитный триггер находится в состоянии, при котором транзистор Т5 заперт, а ■транзистор Тб — насыщен. При возникновении перегрузки или короткого замыкания на выходе стабилизатора полу­ чающийся на резисторе перепад напряжения открывает стаби­ литрон Д2, в результате чего на базу насыщенного транзистора Тб триггера подается отрицательное (запирающее) смещение. Триггер переходит в новое (аварийное) устойчивое состояние, при котором транзистор Тб оказывается закрытым, а стабили­

можно считать полностью закрытым и не оказывающим влияния

106

Как видно из схемы рис. П-2, к эмиттерным переходам па­ раллельно включенных мощных регулирующих транзисторов Tl, Т2 будет приложено напряжение:

^ Э . Б 77, Т2 = ^ в х . всп ^ Д 1 ^ ДЗ R13’

R12\\R11 + R13

Выбором и д з и R13 всегда легко выполнить условие:

UДЗ "Ь UR13 ^ ^ в х , всп U ДП

при котором транзисторы Т1 и Т2 будут надежно закрыты даже при предельных рабочих температурах ( + 70° С) окружающей среды. Коллекторные токи транзисторов Т1 и Т2 в таком режиме не превышают обратных токов их коллекторных переходов (7К> 0 Г[_ Г2)> а коллекторные токи согласующих транзисторов ТЗ

и Т4 оказываются много меньше своих номинальных (рабочих) значений и могут быть найдены из выражений:

Установка защитного триггера в исходное (рабочее) состоя­ ние после ликвидации перегрузки осуществляется включением стабилизатора.

Оценим быстродействие схемы защиты t3, определяемое интервалом времени от момента возникновения перегрузки до момента спада тока регулирующих транзисторов до уровня 0,1 / домИначе говоря, быстродействие защиты определяется временем переключения триггера iTr и временем выключения

составного транзистора 7ВЬ1КЛ.

Время переключения триггера, с учетом форсированного запирания транзистора Тб (при перегрузке) от достаточно мощ­ ного источника напряжения, определяется практически време­ нем отпирания транзистора Т5 до насыщения при подаче в базу последнего «ступеньки» отпирающего тока

108

току в схеме с общей базой.

Для высокочастотных транзисторов при достаточно высокой степени насыщения это время настолько мало, что может не при­ ниматься во внимание при оценке быстродействия схемы защиты.

Обратимся теперь к определению выключения составного транзистора <выкл, которое с достаточной степенью точности и будет определять время срабатывания (быстродействие) схемы защиты.

На рис. П-3, а и б приведены упрощенная принципиальная схема составного транзистора и соответствующая ей эквивалент­

ов

Рис. П-3. Схема составного транзистора: а — принципиальная; б — эквивалентная

ная схема для приращений токов и напряжений. Эти схемы со­ ответствуют моменту переброса защитного триггера в аварий­ ное состояние. С целью упрощения анализа данные схемы (к. з. на выходе) отражают влияние лишь наиболее мощных, а следо­ вательно, наиболее низкочастотных регулирующих транзисто­ ров, что не дает практически заметной ошибки в определении времени выключения составного транзистора. По этой же при­ чине эквивалентная схема (рис. П-3, б) не учитывает комплекс­ ного характера входного импеданса параллельно включенных регулирующих транзисторов (Т1 и Т2), а также зависимость, дифференциальных параметров Z3 тз и гвх Т1 Т2 от соответствую­

щих токов.

Обозначения, принятые в схеме рис. П-3, б: гэ гз — диффе­

ренциальное сопротивление эмиттерного перехода транзистора ТЗ; гБ тз — сопротивление базы транзистора ТЗ; гвх ти Т2 — вход­

ное сопротивление параллельно включенных Т1 и Т2 регули­ рующих транзисторов в схеме с общим эмиттером; тз— диф­

ференциальное сопротивление коллектора транзистора ТЗ в схеме с общим эмиттером; тз — коллекторная емкость тран­

109

■U3 — перепад напряжения на входе схемы рис. П-3, б при пе­ реходе от нормального к аварийному состоянию. При анализе ‘будем полагать, что запирающий перепад напряжения

6 ~ и д з ' ■иR13

прикладывается к схеме мгновенно в момент возникновения пе­ регрузки.

Последнее допущение основано на пренебрежении време­ нем переключения триггера fTr. Используя известное выраже­

ние для мгновенных значений токов транзистора, представим ■суммарный коллекторный ток транзисторов Т1 и Т2 в следую­ щем виде:

1'к 77, Т 2 ~ Р г /, 771Б Г/, Т2 "Ь ^Ко 77, Т2 (^77, Г2 ^) *

Нетрудно оценить границы справедливости схемы рис. П-3,б, которые определяются тем диапазоном изменения тока базы •/Б х], Т2 параллельно включенных транзисторов Т1 и Т2, в пре­

делах которого величина гвх г/> т2 еще может считаться постоян­

ной.

Из последнего равенства, принимая во внимание, что

раллельно включенных транзисторов T l, Т2; iH — ток нагрузки ■стабилизатора.

Используя операционное преобразование Карсона и пола-

тая

110