Переходная характеристика

Зависимость тока коллектора i_К от напряжения U_БЭ при постоянном напряжении U_КЭ.

Вывод: Переходная характеристика близка по форме к входной х-ке, при этом ток коллектора мало зависит от напряжения U_КЭ.

Выходные характеристики характеризуют зависимость выходного тока от напряжения на коллекторе при неизменной величине входного тока или напряжения. В соответствии с тремя схемами включения транзистора различают характеристики для схемой с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором.

6. Вопро с : Н и Y параметры транзисторов.

Ответ:Зависимости токов базы и коллектора обычно описывают с помощью теории 4-х полюсников в виде Н или Y параметров. Например, мы видим что ток базы зависит от двух параметров: напряжения U _БЭ и напряжения U_КЭ Для Н параметров (матрица сопротивлений) удобно представить эту зависимость в виде U_БЭ=f (i_Б, U_КЭ) и I_К=f(f (i_Б, U_КЭ)

Для малых сигналов можно записать полные дифференциалы:

dU_БЭ= [d U_БЭ / d i_Б ] _UКЭ=const * d i_Б + [d U_БЭ / d U_КЭ, ] i_{Б =const} * d U_КЭ

dI_К=[d I_К / d i_Б ] _UКЭ=const * d i_Б + [d I_К / d U_КЭ, ] i_{Б =const} * d U_КЭ

обычно эти соотношения записывают в виде:

dU_БЭ= h₁₁ * d i_Б + h₁₂ * d U_КЭ

dI_К h₂₁* d i_Б + h₂₂* d U_КЭ

где h₁₁= [d U_БЭ / d i_Б ] _UКЭ=const = Rвх –входное сопротивление транзистора

h₁₂= [d U_БЭ / d U_КЭ, ] i_{Б =const} = 1/К где К коэффициент передачи по напряжению

h₂₁= =[d I_К / d i_Б ] _UКЭ=const = β коэффициент усиления транзистора по току

h₂₂= [d I_К / d U_КЭ, ] i_{Б =const} =1/ Rвых – где Rвых выходное сопротивление транзистора

Типичные значения Н параметров для маломощных транзисторов.

h₁₁=10³÷ 10⁴ Ом h₁₂=2*10 ^-4÷ 2*10 ^-3 h₂₁=20÷ 200 h₂₂=10 ^-5÷ 10 ^-6 См

Для описания работы полевых транзисторов удобнее представить в виде Y параметров (проводимости)

i_Б =f (U_БЭ,U_КЭ) и I_К=f (U_БЭ,U_КЭ)

Для малых сигналов можно записать полные дифференциалы:

d i_Б = [d i_Б / d U_БЭ ] U_КЭ=const * d U_БЭ + [d i_Б / d U_КЭ, ] U_{БЭ =const} * d U_КЭ

dI_К = [d I_К / d U_БЭ ] U_КЭ=const * d U_БЭ + [d I_К / d U_КЭ, ] U_{БЭ =const} * d U_КЭ

Обычно эти соотношения записывают в виде:

d i_Б = Y₁₁ * d U_БЭ + Y₁₂ * d U_КЭ

dI_К = Y₂₁* d U_БЭ + Y₂₂* d U_КЭ

где Y₁₁= [d i_Б / d U_БЭ] _UКЭ=const = Yвх =1/Rвх –входная проводимость транзистора

Y₁₂ = [d i_Б / d U_КЭ, ] U_{БЭ =const} = обратная крутизна

Y₁₂ = [d I_К / d U_БЭ ] U_КЭ=const = S крутизна [ма/мв]

Y₂₂= [d I_К / d U_КЭ, ] U_{БЭ =const} = Yвых =1/Rвых–выходная проводимость транзистора

Типичные значения Y параметров для маломощных транзисторов.

Y₁₁=10³÷ 10⁴ Cм Y₁₂= ~ 0 Y₂₁== β /R_БЭ Y₂₂=10 ^-5÷ 10 ^-6 См

Типичное значение S = 1ма/25мв

7. Вопрос: Полевые транзисторы, принцип действия, устройство. Статические характеристики полевых транзисторов

Ответ: Различают полевые транзисторы с управляющим р-п переходом и на основе конструкции металл—диэлектрик—полупроводник или МДП-транзисторы.

А. Полевые транзисторы с управляющим р-п переходом. Рассмот­рим принцип работы нолевого транзистора с управляющим р-п пере­ходом (рис. 7.1).

Между двумя электродами, называемыми истоком И и стоком С, расположен «-канал из полупроводника «-типа. Если между истоком и стоком включен источник с ЭДС £₍, положительным полюсом к стоку, то в я-канале есть ток проводимости, значение которого зависит от сопротивления канала. В свою очередь сопротивление и-канала зависит от его ширины, которую в полевых транзисторах мож­но изменять. Для этого между третьим электродом, называемым за­твором 3, и истоком включен источник ЭДС £\, отрицательным полю­сом к затвору, так что р-п переход между и-каналом и полупровод­ником р-типа, который находится у затвора, включен в обратном направлении. Ширина обедненного подвижными носителями р-п перехо­да влияет на ширину «-канала и тем самым на его проводимость.

Напряжение р-п перехода вдоль канала непостоянное

и имеет отрицательное значение, т. е. переход на всем протяжении вклю­чен в обратном направлении. Наибольшего абсолютного значения напря­жение достигает у стока, где перекрытие канала будет максимальным (показано заштрихованной областью на рис. 10.19).

Работу полевого транзистора с управляющим р-п переходом опре­деляют статические стоковые ^р(^_си) и = const (Р^ис<0 и стоко-затворные ^_с(и_з]Л)_и =_const (рис. 7.2,6) характеристики. Чрезмерное увеличение напряжения £/_си вызывает лавинный пробой между затвором и стоком.

При напряжении £/₃И' меньшем напряжения отсечки ^₃Иотс' ^канал закрыт (/„ = —/~). Изменение полярности напряжений £/,,„ или £/дц

нарушает работу затвора.

В рассмотренном случае (рис. 10.19) полевой транзистор включен по схеме с общим истоком (ОИ). Возможно включение полевого тран­зистора также по схеме с общим стоком (ОС) и общим затвором (03). Однако две последние разновидности схем включения приме­няются редко и здесь не будут рассматриваться.

Рассматривая полевой транзистор с ОИ как нелинейный трехполюсник, включенный по схеме на рис. 6.12, опишем аналогично (6.7)

его работу в режиме малого сигнала системой линейных уравнений:

Iз=Y₁₁Uзи + Y₁₂Uси

Iс=Y₁₁Uзи + Y₁₂Uси

где Y₁₁ = [d i_з / d U_зи] _Uси=const = Yвх =1/Rвх –входная проводимость транзистора

Y₁₂ = [d i_з / d U_си] _Uзи=const = обратная крутизна

Y₂₁ = [d I_с / d U_зи ] _Uси=const = S крутизна [ма/мв]

Y₂₂ = [d I_с / d U_си ] _Uзи=const = Yвых =1/Rвых–выходная проводимость транзистора

— параметры полевого транзистора. Они определяются из опыта или по статическим характеристикам имеют типовые зна­чения

Y₁₁₌10^{-7 ÷} 10^-9 См; Y₁₂₌10^{-9 ÷} 10^-11См;

Y₂₁₌10^{-3 ÷} 10^-4 См; Y₂₂₌10^{-5 ÷} 10^-6См;

Полевой транзистор прибор, управляемый напря­жением, в отличие от биполярного транзистора, управляемого током базы. Величина S ~ Угх называется крутизной стоко-за-творной характеристики.

Б. Полевые МДП-транзисторы. Полевые МДП-транзисторы отличают­ся от полевых транзисторов с управляющим р-п переходом тем, что в них электрод затвора изолирован от канала слоем диэлектрика. В ка­честве диэлектрика обычно используется окисел SiO₂.

8. Вопрос. Выпрямители в однофазных и 3-х фазных цепях переменного тока: одно, 2-х полупериодный, схема А.Н.Ларионова.

Ответ: Однополупериодные выпрямители.

Однополупериодная схема выпрямления с активной нагрузкой (рис. 8.1, а) является простейшей из известных схем выпрямления. Будем считать диод и трансформатор идеальными, т. е. полагаем, что сопротивление диода в прямом направлении равно нулю, в обратном- бесконечности, а активные и реактивные сопротивления обмоток трансформато­ра равны нулю.

рис. 8.1 а,б

В течение первого полу-периода напряжения на вторичной обмотке трансформатора, когда на аноде диода VD потенциал будет положительный относительно катода, диод открыт. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора будет непосредственно приложено к нагрузке и в ней возникнет ток (рис. 8.1 б), который будет повторять форму напряжения на вторичной обмотке трансформатора, так как трансформатор идеальный. В течение второго полупериода на аноде диода VD будет отрицательный относительно катода потенциал, диод закрыт, а ток в нагрузке окажется равным нулю. Среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке, его постоянную составляющую в пределах периода, можно найти из следующего равенства:

=

Заменив амплитудное значение напряжения его действующим (), получим

или

Постоянную составляющую вы­прямленного тока можно подсчитать по формуле:

Обычно значение напряжения , так же как тока, задается при расчете выпрямителя.

Если напряжение сети известно, то коэффици­ент трансформации трансформатора, необходимый для обеспечения заданного напряжения на нагруз­ке, должен быть равен

Из работы схемы следует, что в течение тех полупериодов, когда диод закрыт, к нему приложено напряжение, равное напряжению на вторичной об­мотке трансформатора, причем это напряжение имеет обратную для диода полярность. Максимальная величина этого напряжения, называе­мая обратным напряжением , в нашем случае равна амплитуде напряжения на вторичной обмотке трансформатора , т. е.

9. Вопрос. Коэффициент пульсаций

Ответ: Если напряжение на нагрузке пульсирует, достигая максимального значения один раз за период, такую кривую напряжения можно представить в виде суммы постоянной составляющей и ряда синусоид различной амплитуды и частоты.. Из переменных составляю­щих выпрямленного напряжения наибольшую амплитуду имеет составляющая самой низкой (основной) частоты, т. е. амплитуда первой гармоники. Можно доказать, что для однополупериодной схемы ампли­туда первой гармоники

Частота первой гармоники равна частоте сети так как кривая напряжения на нагрузке достигает максимального значения один раз за период.

Пульсации напряжения на нагрузке оцениваются коэффициентом пульсаций

Для однополупериодной схемы коэффициент пульсаций: т. е. амплитуда первой гармоники в 1,57 раза больше выпрямленного напряжения.

По вторичной обмотке проходит постоянная составляющая тока нагрузки . Она подмагничивает сердечник трансформатора. В стали трансформатора возникают потери, увеличивается ток холостого хода трансформатора и снижается КПД всего устройства.

Вопрос 10: Двухполупериодные выпрямители.

Ответ: Двухполупериодные схемы выпрямления бывают двух типов, схема c выведенной средней точкой вторичной обмотки трансформатора и мостовая схема.

Двухполупериодная схема с выводом средней точки (рис. 8.2, а) состоит из трансформатора , вторичная обмотка которого имеет дополнительный вывод от средней точки, двух диодов и . Данная схема представляет собой сочетание двух однополупериодных схем, работающих на общую нагрузку. В этой схеме в течение первого полупериода (интервал 0-p) диод будет открыт, так как к аноду диода приложен положительный потенциал с верхней точки вторичной обмотки трансформатора, а катод через нагрузку подключен к среднему выводу вторичной обмотки, который имеет отрицательный

рис. 8.2 а,б

потенциал. Через нагрузку будет проходить ток первого диода (см. рис. 8.2). На этом же отрезке времени к диоду будет приложено обратное напряжение (с другой половины вторичной обмотки трансформатора) и он окажется закрытым. В течение следующего полупериода (интервал p-2p) прямое напряжение окажется приложенным ко второму дио­ду, а обратное- к первому диоду, поэтому открытым будет диод и по нагрузке проходит ток.

Таким образом, ток в нагрузке в течение всего периода переменного напряжения протекает в одном и том же направлении. Этот ток вызывает на нагрузке пульсирующее напряжение .

Основные параметры схемы:

• Среднее значение выпрямленного напряжения на нагруз­ке за период будет в 2 раза больше, чем при однополупериодном выпрямлении

где действующее значение напряжения на одной из полуобмоток трансформатора.

• Среднее значение выпрямленного тока:
• Максимальное обратное напряжение на диоде например на определяется максимальным напряжением между концами вторичной обмотки, так как к аноду диода приложено напряжение верхнего конца вторичной обмотки, в данный момент отрицательное, а к катоду через диод ,который проводит ток, приложено положитель­ное напряжение нижнего конца вторичной обмотки.

Следовательно, в двухполупериодной схеме макси­мальное обратное напряжение на диоде более чем в 3 раза превышает выпрямленное напряжение.

• Действующее значение токов, проходящих через первичную и вторичную обмотки трансформатора:

• Максимальное значение тока вентиля

• Среднее значение тока через диод равно половине тока нагрузки, так как в схеме поочередно проводят ток два вентиля:

Действующее значение тока вентиля

• Коэффициент пульсаций

Сердечник трансформатора в схеме двухполупериодного выпрямления не подмагничивается, Сравнивая двухполупериодную схему выпрямле­ния с однополупериодной, можно сделать следующие выводы:

а)среднее значение тока диода уменьшается в 2 раза при одном и том же токе нагрузки;

б)меньше коэффициент пульсаций (0,67),

с)лучше используется трансформатор;

д) обратное напряжение в обоих схемах одинаково.

Однако есть и недостатки: необходимость вывода средней точки вторичной обмотки трансфор­матора, а также наличие двух диодов вместо одного.

11. Вопрос:Мостовая схема выпрямителя

Ответ: Мостовая схема 2-х полупериодного выпрямителя представлена на рисунке

Пусть в неко­торый момент времени пе­ременное напряжение на вто­ричной обмотке трансформатора таково, что потенциал точки А выше потенци­ала точки В. Тогда от точки А («+» источника напряжения) ток будет проходить через диод к точке Г, далее через нагрузку к точке Б и через диод к точке В («-» источника напряжения). В течение следующего полупериода, когда потенциал точки В выше потенциала точки А, ток от точки В будет проходить через диод , нагрузку и диод к точке А. Для первого полупериода направле­ние тока показано сплошными стрелками, для второ­го полупериода направление тока показано пунктирными стрелками. В любой полупериод ток через нагрузку проходит в одном направлении.

Временные диаграммы мостовой схемы совпадают с диаграммами двухполупериодной схемы. Для мостовой схемы (при активной нагрузке) спра­ведливы соотношения:

• Среднее значение выпрямленного напряжения:

• Максимальное обратное напряжение на вентилях

(*)

• Максимальное значение тока вентиля

• Среднее значение тока вентиля

• Действующие значения токов, проходящих через вентили и обмотки трансформатора

• Коэффициент пульсаций

Выпрямленный ток в данной схеме, в отличие от двухполупериодной схемы со средней точкой, протекает во вторичной обмотке в течение обоих полупериодов то в одном, то в другом направлении, поэтому отсутствует намагничивание сердечника трансформатора. Это позволяет уменьшить размеры и массу трансформатора.

Когда диод не проводит ток, к его аноду приложен положительный потенциал с верхнего конца вторичной обмотки, а к катоду через открытый диод приложен отрицательный потенциал нижнего конца вторичной обмотки. Таким образом, в непроводящем направлении диод оказывается под напряжением вторичной обмотки трансформатора (*).

Т.е. обратное напряжение на мостовой схеме в 2 раза меньше, чем в двухполупериодной со средней точкой.

Дата добавления: 2015-04-24