Способы ускорения процессов переключения транзисторов

Уменьшение времени отпирания и запирания транзисторов весьма су­щественно для силовых переключающих устройств, так как позволяет уменьшить мощность, рассеиваемую в транзисторах за время переключе­ния, а следовательно, суммарную рассеиваемую мощность.

Известно, что:

1) при повышении частоты (f) тока управления модуль коэффице-

та усиления транзистора по току (α) уменьшается, и выходной ток отстает по фазе от тока управления;

2) при некоторой f_a, от низкочастотного α₀, угол сдвига фаз

равен 45°. Это транзисторы реoстатно-емкостные и с трансформаторной связью в области ВЧ транзисторы.

3) АЧХ и ФЧХ транзистора описываются следующими уравнениями:

В схеме с ОЭ АЧХ, ФЧХ описываются следующими выражениями:

где f_β - частота, при которой усиление по току от низкочастотного значения β_о, здесь f _α и f _β - граничные частоты усиления по току,

f _β = f _α/ β

Связь постоянной времени (τ) с граничной частотой определяем, полагаяtgφ = 1, получим: .

Следствие: зная постоянную времени транзистора, можно определить характер переходного процесса при импульсном управлении транзистором.

Первый метод переключения (без форсирования). Рассмотрим зави­симость I_к и I_Б от t (рис. 26). При скачкообразном изменении I_Б и 1_К бу­дет изменятся по экспоненциальному закону в соответствии с . Если транзистор отпирается положительным перепадом тока ΔI_Б0 и остается в активном или граничном режиме, то I_к = βI_Б :

(9)

За время t = З, коллекторный ток достигает I_К = 0.95βΔI_Б0, то есть переходной процесс заканчивается. Если после этого создать отрица­тельный перепад тока базы 1_БЭ = 1_Б0, то коллекторный ток будет уменьшаться по закону:

За время t = Зколлекторный ток уменьшится до I_К = 0.95βΔI_Б0, то есть переходный процесс закончится.

Переходные процессы в коллекторной цепи без форсирования I_Б. для

данного метода (рис 26). Вывод: для транзистора П 209 с F_h = 8 кГц,

= 20 мкс, длительность фронтов тока 60 мкс - такая длительность не­допустимо большая, так как обуславливается большой мощностью рассеи­вания в транзисторе за время переключения.

Второй метод переключения. Время включения транзистора можно, уменьшить создавая положительный перепад I_Б, значительно превышающий

где I_m - установившееся значе­ние тока коллектора, тогда вме­сто экспоненциального измене­ния i_K получим почти линей­ное изменение (рис. 27):

Время включения транзистора определяется так:

где q₀- время насыщения при

отпирании. Применяя форсированное отпирание, получим меньшее время

(рис.27). Полагая

= 0.5, получаем

= 0.5, то есть при

f = 8 кГц длительность

фронта = 10 мкс. (ранее 60мкс). Если к началу запирания

величина βI_β больше I_m,

транзистор насыщен и состояние его характеризуется коэффициентом насыщения:

Переход из насыщения в граничное состояние U_КБ = 0

заключается в I _к ≈ 0. Время, необходимое для перехода транзистора из состояния насыщения в граничное,

называется временем рассасывания (Т_РАС). Величина βI_Б изме­няется от I_mq₃ до I_m (рис. 27), но коллекторный ток остается неизмен­ным и равным I_m.

Полагая βI_{Б З} >> (q_s - 1)I_m, получим:

Вывод: применяя форсированное запирание q₃ = 2, f = 8 кГц, Т_рас ⁼ =20 мкс, Т_ЗАП ⁼ 3 =60 мкс.

Третий метод переключения. Форсированное запирание. Т_РАС и Т_3АП можно умень­шить, применяя форсированное запирание, то есть создавая отрицательный перепад > 1_Б в момент начала запирания (рис. 28), тогда

Полагая βI_Б = 2 I_m, = 3 I_m, получим F_b=8 кГц,

- Эта длительность переходного

процесса вполне удовлетворяет мощные транзисторы. Это означает создание тока базы, равного , итока в начале запирания, равного .

Всего этого можно достичь увели­чением q₃ (то есть путем избыточного

тока I_Б перед началом отпирания) при одновременном увеличении отрица­тельного перепада при запирании.

Практические схемы реализации этих, методов [4] требуют низковольт­ных источников с низким внутренним сопротивлением.

Дата добавления: 2014-01-15