Файл: Басовский, В. Ф. Транзисторные преобразователи напряжения.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 31.10.2024
Просмотров: 72
Скачиваний: 0
6Ф0.32 |
ЧИТ. |
О. Ф 3 УДА |
|
Б27 |
|||
УДК 621.314.632 |
|
|
|
Транзисторные преобразователи |
напряжения. Б а |
||
с о в с к и й В. Ф. |
«Техшка», |
1974, 140 стр. |
Рассмотрены транзисторные преобразователи по стоянного напряжения нестабилизированные и со стабилизацией выходного напряжения и частоты, а также существующие методы стабилизации вы ходного напряжения и частоты транзисторных пре образователей и схемы, реализующие эти методы. Приведены соотношения для расчета и рекомен дации по применению различных схем и их элемен тов. Рассмотрены вопросы миниатюризации и уни фикации преобразователей напряжения. Предна значена для инженерно-технических работников, занимающихся вопросами электропитания электрон ных устройств.
Табл. 8, илл. 50, библ. 44.
Рецензент Глибицкий М. М., канд. техн. наук
Редакция литературы по энергетике, электронике, кибернетике и связи Заведующий редакцией инж. 3. В. Божко
3310—021 Б М202 (04)-74 87-74
^^Издательство «Техшка», 1974 р.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Решения Коммунистической партии и Советского пра |
|
вительства направлены на повышение эффективности и |
|
производительности труда. Для |
выполнения этих задач |
в 9-й пятилетке предусматривается создание и широкое вне |
|
дрение во все сферы народного |
хозяйства средств радио |
электроники.
Неотъемлемой частью любого радиоэлектронного устрой ства является источник электропитания. Широкое рас пространение в источниках электропитания получают тран зисторные преобразователи напряжения, которые в насто ящее время почти полностью заменили умформеры и вибро преобразователи. Наметившаяся тенденция миниатюризации и микроминиатюризации в радиоэлектронике способ ствует тому, что преобразователи напряжения применяют не только в системах электропитания автономных устройств и блоках универсального электропитания, но и во вторичных источниках стационарной аппаратуры. Применение тран зисторных преобразователей значительно уменьшает вес, габаритные размеры и повышает к. п. д. устройства.
Для питания аппаратуры требуется несколько номина лов напряжений со стабильностью более высокой, чем мо жет обеспечить первичный источник. Это обстоятельство способствовало разработке схем стабилизированных пре образователей напряжения.
О возросшей потребности в преобразователях напряже ния свидетельствует также тот факт, что в настоящее время
3
в промышленности налажено серийное производство тран зисторов, предназначенных для работы в схемах преобра зователей напряжения. •
В периодической печати опубликовано много статей, посвященных разработке, усовершенствованию и исследо ванию схем преобразователей, однако систематизирован ных работ по стабилизированным транзисторным преобра зователям пока еще нет. В книге сделана попытка обоб щить результаты материалов периодической печати и работ, проведенных с участием автора.
Отзывы и пожелания просим направлять по адресу:
252601, Киев, 1, ГСП, Пушкинская, 28, издательство ч-Техшка».
Г Л А В А I
ТРАНЗИСТОРЫ В СХЕМАХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Преобразование напряжения постоянного тока в на пряжение переменного тока или в напряжение постоянного тока другой величины в статических преобразователях осу ществляется коммутированием цепей постоянного тока. Величину тока можно изменять бесконтактным способом нелинейными управляемыми элементами (полупроводнико выми управляемыми приборами). В схемах транзисторных преобразователей напряжения в качестве таких элементов используют транзисторы. Замечательные свойства тран зистора в режиме переключений позволяют коммутировать токи значительной величины с высоким к. п. д.
Сразработкой транзисторов на повышенные напряжения
итоки в десятки ампер область применения транзисторных преобразователей расширилась. В настоящее время оте чественной промышленностью серийно выпускаются тран зисторы на напряжения 120—250 в и выпущены опытные партии на напряжения 1000—1200 в. Граничная частота этих транзисторов равна нескольким мегагерцам.
Цепь коммутирования постоянного тока преобразователя
упрощенно |
можно представить эквивалентной |
схемой |
(рис. 1,а). |
Она состоит из сопротивления нагрузки |
R nи со |
противления нелинейного управляемого элемента /?т. Сопро тивление идеального переключающего элемента в замкну том состоянии равно нулю. Ток в цепи определяется на пряжением источника питания и величиной сопротивления
б
резистора нагрузки
/ = Uп
Вольт-амперная характеристика переключающего элемента при этом изображается прямой ОА, совпадающей с осью
ординат. |
В разомкнутом состоянии сопротивление идеаль |
|||||||||
|
|
|
ного |
переключающего |
элемента |
|||||
|
|
|
равно |
бесконечности, |
/ |
= 0, |
и |
|||
|
|
|
вольт-амперная |
характеристика |
||||||
|
|
|
его изображается прямой ОГ, |
|||||||
|
|
|
совпадающей с осью абсцисс. |
|
||||||
|
|
|
Реальный |
переключающий |
||||||
|
|
|
бесконтактный элемент имеет ха |
|||||||
|
|
|
рактеристики, |
отличающиеся |
от |
|||||
|
|
|
идеальных. На рис. 1, б изобра |
|||||||
|
|
|
жены характеристики транзисто |
|||||||
|
|
|
ра, включенного по схеме с об |
|||||||
|
|
|
щим эмиттером. Воспользовав |
|||||||
|
|
|
шись |
правилами |
графического |
|||||
|
|
|
метода, можно определить вели |
|||||||
Рис. 1. Упрощенная экви |
чины |
напряжений |
на |
элементах |
||||||
валентная |
схема цепи ком |
и ток в цепи. Точка Б, |
получаю |
|||||||
мутирования (а) и ее харак |
щаяся при пересечении |
характе |
||||||||
теристики (б): |
|
|||||||||
/ — характеристикатранзистора |
ристики транзистора в открытом |
|||||||||
при открывающем сигнале; 2 — |
состоянии (кривая /) и зер |
|||||||||
характеристика транзистора при |
||||||||||
запирающем |
сигнале; |
3 — ха |
кальным |
изображением |
харак |
|||||
рактеристика резистора |
нагруз |
теристики резистора RH, про |
||||||||
ки. |
|
|
||||||||
|
|
|
веденной |
из точки |
Г |
(при U — |
= Un) (прямая 3), определяет состояние цепи при открытом транзисторе. Точка В определяет состояние цепи при за крытом транзисторе. Реальный переключающий бесконтак тный элемент имеет конечное значение величин сопротив
ления |
в открытом и закрытом состояниях, поэтому |
к. п. д. |
в такой цепи всегда меньше единицы. |
6
1.СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА
ИИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ В РЕЖИМЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЙ
Врежиме переключений транзистор может находиться
водном из трех состояний: отсечки, активном и насыщения. На рис. 1, б показаны области, образованные координат ными осями и характеристиками транзистора, соответ ствующие этим состояниям: область / — соответствует состоянию отсечки, область II — активному состоянию, область I I I — состоянию насыщения.
Транзистор может быть включен по схемам с общей
базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК) в прямом (нормальном) и инверсном режимах. В каж дой из шести схем возможно осуществить режим переклю чений. В преобразователях напряжения применяют схемы прямого включения транзисторов, однако в некоторых ти пах транзисторных инверторов при работе на нагрузку с индуктивной реакцией возможны случаи работы транзис торов в инверсных режимах.
Каждое состояние транзистора в режиме переключений характеризуется своими параметрами.
Состояние отсечки (транзистор заперт). При включении по схеме ОБ и разомкнутой цепи эмиттера в цепи нагрузки протекает обратный ток коллекторного перехода (ток утеч ки) / ко. Если включить в эмиттерную цепь источник за пирающего сигнала, то через эмиттерный переход будет протекать обратный ток / 8о, но ток / ко при этом уменьша ется незначительно и его можно считать минимально воз можным током коллекторной цепи в состоянии отсечки. Величина тока /ко зависит от величины рабочего напряже ния и температуры
I кО = I кОп Н- I кОт>
где / коп — ток поверхностной проводимости, который в ра бочем диапазоне напряжений почти прямо пропорциональ но зависит от напряжения на переходе; /к0т — тепловой ток обусловлен термогенерацией неосновных носителей,
7
значительно |
зависит от температуры |
|
|
||
|
/кОт(/& = /кй(*!С)е"(,* - Ч |
|
|||
/ кот (hQ и |
/ кот т |
— |
тепловой ток |
при |
температуре |
соответственно ^ и |
t2\ |
М — температурный |
коэффициент. |
||
Для германиевых транзисторов Мае = |
0,09 -у- 0,05 град_1, |
||||
для кремниевых Msi |
= |
0,13 -f- 0,07 град~1. |
|
||
При нормальной температуре и номинальном рабочем |
|||||
напряжении ток / коп на порядок больше тока |
/ к0т. Эти со |
ставляющие легко определить, измерив Допри рабочем на пряжении и при напряжении не более 1 в, в последнем слу чае /кО = 7к0т-
Преимущества состояния отсечки в схеме ОБ — боль
шое допустимоен апряжение UKб |
при отсутствии запира |
|
ющего сигнала. |
|
|
В схеме ОЭ при разомкнутой |
цепи базы через транзис |
|
тор протекает ток |
|
|
ДэО = 7ко(1 + Р), |
(1) |
|
где р — коэффициент усиления |
транзистора в |
активном |
состоянии в схеме ОЭ. |
|
|
Увеличение тока утечки при разомкнутой цепи базы объ ясняется тем, что ток / ко, протекая через эмиттерный пере ход, создает небольшое смещение, которое приоткрывает транзистор. Возникшая таким образом положительная обратная связь увеличивает количество неосновных носи телей, что способствует образованию лавинного пробоя в
транзисторе при напряжении, |
значительно меньшем про |
||
бивного напряжения коллекторного перехода: |
|
||
^пр.кэ = ^кб.макс у |
1 ® , |
|
|
где а — величина, зависящая |
от |
материала |
полупровод |
ника (для германия а = 3, для кремния а = |
2); а — коэф |
||
фициент усиления в активном |
состоянии в схеме ОБ. |
При включении резистора между базой и эмиттером уме ньшается напряжение смещения и ток через транзистор / кэ0.
8
Если база и эмиттер замкнуты накоротко, коллекторный ток в основном будет протекать через вывод базы, и при нор мальной температуре он близок к току / коОт величины сопротивления резистора, включенного между базой и эмит тером, зависит пробивное напряжение Unр. кэ. В техниче ских условиях на большинство транзисторов предельно допустимое напряжение UK3 в схеме ОЭ гарантируется прй определенной величине сопротивления резистора во вход ной цепи.
Запирающий потенциал изменяет направление эмиттерного тока, через коллектор протекает ток / ко, и выключен ный транзистор имеет свойства такие, как при включении по схеме ОБ. Полное запирание транзистора и при повы шенных температурах обеспечивается напряжением база — эмиттер 0,5—0,8 в.
В схеме ОК при неподключенной базе в цепи эмиттера протекает ток, определяемый соотношением (1). Состояние отсечки наступает при Ufa = Un + (0,5 -f- 0,8)e.
Состояние насыщения (транзистор открыт). Состояния насыщения транзистор достигает при избыточном отпира ющем сигнале. На. границе состояния насыщения Uкб = = 0. В схеме ОБ на границе состояния насыщения ток эмит тера транзистора
где А — статический коэффициент усиления транзистора на границе насыщения в схеме ОБ (для плоскостных транзис
торов А <С 1); /„ = ли — ток Депи коллектора, определя
ется параметрами внешней цепи коллектора.
Степень насыщения транзистора характеризуется глу биной насыщения, которая для схемы ОБ
где /э — ток эмиттера транзистора в рассматриваемом со стоянии.
На границе состояния насыщения в схеме ОБ А = 1. Особенностью состояния насыщения в схеме ОБ является то, что при А > 1 напряжение между коллектором и базой транзистора имеет полярность, согласную с полярностью источника питания. Это позволяет коммутировать цепи с на пряжением источника питания менее одного вольта.
щения:
а — для транзисторов 1Т906А в схеме ОБ; б — для транзисторов 1Т901А в схеме ОЭ.
В схеме ОЭ транзистор достигает границы насыщенного состояния при токе базы
где В — статический коэффициент усиления транзистора в схеме ОЭ на границе насыщения.
Глубина насыщения в схеме ОЭ
б = - А - |
, |
(2) |
'б .г р |
|
|
где / б — ток базы транзистора |
в |
рассматриваемо^ со |
стоянии. На границе состояния насыщения в схеме ОЭ б = = 1. Падение напряжения на открытом транзисторе б/к$ всегда имеет полярность, встречную с полярностью источ ника, и зависит от глубины насыщения (рис. 2).
Транзистор в состоянии насыщения рассчитывают обыч но либо на минимальное падение напряжений б/кэ, либо на
10