Главная » Книги и журналы

1 2 3 4 5 6 ... 22

ток коллектора в рекиме насыщения /к макс падения напряжения между электродами эмиттера и базы эБнас эмиттера и коллектора кэнас насыщенного транзистора, максимально допустимый ток базы /б макс ( параметры характеризуют открытое состояние транзистора); максимально допустимые напряжения эмиттер-база i/эБ макс коллектор-эмиттер Ls макс т. е. параметры, характеризующие закрытое состояние транзистора; статический коэффициент передачи тока ftgjg. предельная частота коэффициента передачи тока f, ёмкость коллекторного р-п перехода С к, постоянная времени рассасывания Тр - параметры, характеризующие импульсные свойства транзистора.

Статические параметры транзисторов, характеризующие их открытое и закрытое состояния, обычно приводятся в справочниках и технических .условиях на транзисторы. Что же.касается импульсных параметров транзисторов, то они, как правило, в справочниках не приводятся, а определяются экспериментально при исследовании простейших транзисторных каскадов.

Для силовых бездрейфовых транзисторов, как показано выше, Тх в основном определяется значением предельной частоты fht так как вли.чнием емкости коллекторного р-п перехода в этом случае можно пренебречь. Предельная частота коэффициента передачи тока транзисторов типов П213-П217 и П210 составляет примерно 3-5 кГц, транзисторов типов ГТ403А-ГТ403И - 8 кГц, транзисторов типов МП26, МП26Б - 10-15 кГц.

Постоянная времени рассасывания Тр определяется в схеме, изображенной на рис. 2-7. При подаче в цепь базы транзистора импульсов тока прямоугольной формы измеряется длительность ин--тервала рассасывания /рас. , а затем но формуле (2-12) находится Тр. Для приближенных расчетов процессов рассасывания избыточных неосновных носителей заряда в области базы бездрейфовых транзисторов можно предполагать, что Тр Т^ к l/2jt j.

Для силовых дрейфовых транзисторов значения Ск и Тр рассчитываются по формулам (2-8), (2-9) и (2-12). Входящие в данные формулы Тт и /рас определяются по экспериментальным осциллограммам тока коллектора транзистора, включенного в схе-, му, изображенную на рис. 2-7: При определении Тт и h открытый транзистор должен находиться на границе режима насыщения, дли чего его ток базы должен быть таким, чтобы напряжение между коллектором и эмиттером открытого транзистора составляло примерно 2-2,5 В.

Осббую группу транзисторов, образуют однопереходные транзисторы (ОПТ), иногда называемые двухбазовыми диодами. Они являются переключающими приборами, находят практическое применение в схемах управления тиристорных регуляторов (стабилизаторов) напряжения переменного тока и регулируемых (стабилизирующих) выпрямителей, в импульсных генераторах и устройствах защиты.

Вольт-амперная характеристика ОПТ и схема его вклюзения приведены на рис. 2-13.

В диапазоне малых значений напряжения на входе ОПТ ( э) единственный р-п переход ОПТ закрыт под действием падения напряжения на базовой области, расположенной между эмиттером

(Э) и базовым электродом Б] (рис. 2-13, с). Значение последнего зависит от тока Iпротекающего через обе базы.

При увеличении Ug р-п переход ОПТ смещается в прямом направлении, а при /3= (Увкп (кривая / на рис. 2-13,6) происхо-.дит резкое открывание ОПТ. Через его эмиттер и сопротивление нагрузки R начинает протекать большой ток, определяемый значениями Ug и R . Дальнейшее увеличение Ug сопровождается резким увеличением тока через ОПТ - последний ведет себя аналогично открытому полупроводниковому диоду.

Вольт-амперная характеристика ОПТ (кривая / на рис. 2-13,6) имеет ярко выраженный участок отрицательного сопротивления

-0 +

6б

1 ,J®n4 se

	опт с с

Рнс. 2-13. Простейшая схема включения однопереходного транзистора ОПТ (с), его вольт-амперные характеристики (б), схема импульсного генератора на ОПТ (е).

АБ, что характерно для переключающих полупроводниковых приборов с внутренней положительной -обратной связью. При разрыве цепи тока /55 (отключенном электроде Бг) ОПТ подобен диоду, его вольт-амперная характеристика соответствует кривой 2 .на рис. 2-13,6. Для выключения ОПТ необходимо уменьшить ток, протекающий через его эмиттер, до некоторого значения /выкл-Ниже в качестве справочных данных приводятся основные параметры ОПТ типов КТ117А-КТ117Г, выпускаемых отечественной промышленностью [5].. Максимальное значение импульса эмиттерного тока 1 А при длительности импульса до 10 мкс и скважности

. 2 Зак. 260 . 33

импульсов свыше 200. Максимально допустимая рассеиваемая мощность-300 мВт при температуре окружающей среды до -fSSC. При более высоких температурах окружающей среды максимально допустимое значение рассеиваемой мощности Рмакс определяется по формуле Рмакс =3 (10-/°кр), где /° р - температура окружающей среды.

При температурах среды до -!-35°С максимальное значение но- стоянного тока через эмиттер ОПТ равно 50 мА, максимально допустимое значение напряжений между эмиттером и базой Бь меж- ду обеими базами Bi и Bs равно 30 В, максимальное значение частоты генерации импульсов - 200 кГц.

Сопротивление между базами Б] и Bs для КТ117А и КТП7Б составляет 4-9 кОм, для КТП7В нКТП7Г -8-12 кОм. Ток включения (/вкл) не превышает 20 мкА, ток выключения (/выкл)- 1 мА.

В качестве примера практического использования ОПТ на рис. 2-13, в приведена типовая схема импульсного генератора с прибором данного типа. Здесь на вход ОПТ включена интегрирующая цень R\C. В процессе заряда конденсатора С напряжение на нем увеличивается вплоть до момента открывания ОПТ. При этом конденсатор разряжается на сопротивление нагрузки, после чего ОПТ закрывается. Процессы заряда и разряда конденсатора носят периодический характер, а на сопротивлении Rn появляются периодические импульсы напряжения. Данный генератор широко используют в цепях управления тиристорами.

Весьма многочисленную группу транзисторов образуют полевые транзисторы. По сравнению с обычными (биполярными) транзисторами, рассмотренными выше, полевые транзисторы обладают рядом преимуществ - гораздо большим быстродействием, высоким входным сопротивлением, большими коэффициентами усиления и малыми потерями в цепях управления. Однако, несмотря на это, в современных ИВЭ транзисторы данного вида в настоящее время получили весьма ограниченное применение в качестве силовых полупроводниковых приборов. Причина этого заключается в малой мощности полевых транзисторов, серийно выпускаемых отечественной промышленностью. Кроме того, в настоящее время они явля-ктся остро дефицитными и потому практически недостуниыми для

широких масс радиолюбителей. -

В [в] отмечено, что полевые транзисторы могут рассматриваться как перспективные полупроводниковые приборы, применение которых в ИВЭ позволит заметно' улучшить характеристики последних. Предполагается, что наиболь-ший энергетический выигрыш дает применение полевых транзисторов в силовых каскадах с большой кратностью изменения тока нагрузки.

В качестве примера выполнения силового каскада на полевых транзисторах на рис. 2-14 нриве-Рис. 2-14. Силовой каскад на дена схема импульсного регуля-полевых транзисторах. тора, описанная в [9]. Здесь си-

ловой МДП-транзистор Т4 реализован путем параллельного соединения 100 маломощных МДП-транзисторов с индуцированным -каналом, каждый из которых допускает протекание тока 2О0 мА й выдерживает напряжение между его стоком и истоком 50 В.

При коммутации транзистора Т, затвор МДП-траизистора поочередно подключается с помощью транзисторов т2 и 7 з то к положительному, то к' отрицательному полюсу источника питания. При этом коллекторные токи данных транзисторов обеспечивают быстрый перезаряд входной емкости силового МДП-транзистора. Регулятор при Un =30 В обеспечивает в нагрузке ток до 4 А; номинальное значение тока нагрузки 1 А.

По мнению автора настоящей книги, вопрос о широком практическом использовании полевых транзисторов в ИВЭ может быть поставлен только в условиях разработки и серийного промышленного выпуска достаточно широкой номенклатуры мощных приборов данного типа. Описанный выше способ создания мощных полевьк транзисторов посредством параллельного включения нескольких десятков маломощных приборов не может быть рекомендован массам радиолюбителей, на которых рассчитана настоящая книга.

2-3. Тиристоры

Тиристоры в ИВЭ используются как силовые управляемые электронные ключи, осуществляющие коммутацию электрических цепей как постоянного, так и переменного тока. Тиристор в отличие от транзистора обладает внутренней положительной обратной связью, вследствие чего он не требует расхода энергии источника управляющих сигналов для поддержания его открытого состояния.

В зависимости от характеристик и принципа действия различают следующие основные типы тиристоров: диодные тиристоры, триодные тиристоры, триодные запираемые тиристоры, симметричные триодные тиристоры, фототиристоры и т. П-

Диодные тиристоры являются простейшими полупроводниковыми приборами данного типа. Их переключение из закрытого в от- крытое состояние происходит при приложении к ним прямого напряжения /7пр (рис. 2-15, а), превышающего значение напряжения открывания foT.h- Триодные тиристоры (на практике для их обозначения часто используется термин тиристоры ) в отличие от диодных тиристоров имеют цепь управления (рис. 2-15,6), которая позволяет включать их подачей маломощного импульса управляющего тока /у длительностью 10-20 мкс. Диодные и триодные тиристоры являются полупроводниковыми приборами с односторонней проводимостью тока - при приложении к ним напряжения обратной полярности они переключаются в закрытое состояние. Закрывание таких тиристоров может быть осуществлено также посредством уменьшения тока..в цепи нагрузки ниже некоторого определенного значения, называемого удерживающим током.

В отличие от обычных триодных тиристоров запираемые триодные тиристоры могут закрываться посредством подачи в цепь управляющего электрода импульса зar(иp§g)щeгo тока.

Симметричные триодные тиристоры представляют собой управляемые полупроводниковые приборы с двухсторонней проводимостью тока. При подаче в цепь управления импульса управляю-

2* Зак. 260 Г35

щего тока такие тиристоры переключаются в открытое состояние независимо от полярности питающего напряжения (рис. 2-15, в).

Отличие свойств' обыкновенных и симметричных триодных тиристоров иллюстрировано на рис. 2-16 осциллограммами токов в схемах, изображенных на рис. 2-15,6 и в. Данные осциллограммы соответствуют случаю переменного питающего напряжения (рис. 2-16, а) и подаче импульса управляющего тока спустя время /отк после прохождения питающего напряжения через свое нулевое значение. Форма тока нагрузки на рис. 2-16,6 имеет место для обыкновенного триодного тиристора в схеме, изображенной на рис. 2-15,6; для симметричного триодного тиристора в схеме, изображенной на рис. 2-15, в, форма тока нагрузки приведена на рис. 2-16, в.

-DH-

д

Рис. 2-15. Диодный (о), триодный (6) и симметричный триодный (е) тиристоры с активной нагрузкой в пенях их катодов.

Рис. 2-16. Временные диаграммы, иллюстрирующие процессы в схемах, изображенных на рис. 2-15, бив.

Фототиристоры относятся к' классу светочувствительных приборов. Они во многом сходны с триодными тиристорами и управляются как с помощью импульсов тока в цепи управления, так и с помощью импульсов света, попадающих внутрь прибора через специальное стеклянное окно в их корпусе.

Как полупроводниковые переключающие приборы тиристоры характеризуются следующими параметрами [4]: /вкл ~ ток включения, т. е. ток в цепи нагрузки, необходимый для переключения тиристора из закрытого состояния в открытое. При токах нагрузки, меньших /вкл. тиристор не открывается при подаче импульса управления; /уд - удерживающий ток, т. е. ток в цепи нагрузки.

достаточный дли поддержания тиристора в открытом состоянии при заданном режиме цепи управления; f/откр - напряжение между анодом и катодом тиристора в его открытом состоянии при заданном токе нагрузки; /у .у-постоянный отпирающий ток управляющего электрода, при котором обеспечивается переключение тиристора из закрытого состояния в открыгое; /у.от.и - пульсный отпирающий ток управляющего электрода; Ly р.;, ~ янное напряжение на управляющем электроде, соответствующее отпирающему току управляющего электрода;/Уу - импулы;ное

отпирающее напряжение; Uy gQ.p - неотпирающее напряжение на управляющем электроде, т. е. максимальное значение напряжения на управляющем электроде которое не вызывает переключения тиристора из закрытого состояния в открытое; Lg.j -импульсное неотпирающее напряжение; -импульсное отпирающее напряжение, т. е. минимальное значение амплитуды импульса напряжения в цепи нагрузки, которое обеспечивает переключение тиристора из закрытого состояния в открытое;/уд - импульсный запирающий ток управляющего электрода, обеспечивающий переключение тиристора из открытого состояния в закрыто^ при заданном токе нагрузки; -импульсное запирающее напряжение на управляющем электроде, соответствующее у.з.и^ выкл- время выключения, т. е. интервал между гноментом, когда ток нагрузки тиристора уменьшается до нуля, и моментом, когда напряжение на аноДе тиристора проходит через нулевое значение после приложения импульса питающего напряжения в цепи нагрузки, не приводящего к самопроизвольному открыванию тиристора; /вкл- время включения тиристора; ср.макс -максимально допустимая рассеиваемая мощность; f у.ср. макс -максимально допустимая средняя мощность на управляющем электроде; fу.и.макс-максимально допустимая импульсная мощность на управляющем электроде; /откр.маке -максимально допустимый постоянный ток в открытом состоянии; отер и.мако-максимально допустимый импульсный ток в открытом состоянии; пр.акр.макс -максимально допустимое постоянное напряжение прямой полярности в закрытом состоянии тиристора; f/j,p д^р^ з^р - максимально допустимое импульсное прямое напряжение в закрытом состоянии тиристора; Logpaj.-максимальна допустимое постоянное обратное напряжение, 1 у - максимально допустимый постоянный ток управляющего электрода; /jp у^,3-максимально допустимый импульсный прямой ток управляющего электрода; обр.у.макс ~ максимально допустимое постоянное обратное напряжение на управляющем электроде; /д - максимально допустимый постоянный запираемый ток, т. е. наибольшее значение тока нагрузки, с которого допускается запирание тиристора по цепи управля-

- максимально допустимая ско-

ющего электрода;

рость нарастания питающего напряжения на закрытом тиристоре. Для надежного включения тиристоров в. ИВЭ необходимым

условием является обеспечение требуемого режима работы цепи его управления.

На рис. 2-17 приведены предельно возможные входные характеристики тиристоров одного и того же типа {OA и ОВ), связывающие значения тока через управляющий электрод тиристора с приложенным к нему напряжением. Сверху эти характеристики ограничены линией АС, характеризующей предельно допустимое прямое напряжение на управляющем электроде, и кривой CD, характеризующей предельно допустимую мощность, рассеиваемую на управляющем электроде. Ограничивающая линия DB соответствует предельно допустимому току управляющего электрода /пр.у.макс-Область входных характеристик, ограниченная показанными на рис. 2-17 линиями, называется предпочтительной областью управления.

Рис. 2-17. Входные характеристики тиристоров.

При работе тиристора в условиях широкого изменения температуры окружающей среды зона возможных управляющих сигналов сужается. В качестве примера на рис.. 2-17 изображены ограничивающие линии: ЕК, характеризующие минимальное напряжение на управляющем электроде, необходимое для открывания тиристора при самом низком из возможных значений температуры окружающей среды, и КМ, характеризующая минимальный ток, необходимый для открывания тиристора' при минимальной темне-ратуре окружающей среды. Основная задача цени управления тиристора заключается в создании такого режима, - крторый в области входных вольт-амперных характеристик соответствует точке, лежащей внутри области ACDBMKE.

На рис. 2-18 показана схема цепи управления тиристора, которая включает в себя источник управляющих сигналов Еу и резистор R, ограничивающий ток управления. Характеристика данной

А

А

Рис. 5-18. Простейшая схема цепи управления тиристора.

цепи управгленйя имеет вид прямой линии QS на рис. 2-17. Отрезок 0Q соответствует э.д.с. источника управляющих сигналов при отключенном управляющем электроде тиристора, отрезок OS соответствует току управления при коротком замыкании входной цепи тиристора. Если э.д.с. источника управляющих сигналов изменяется во времени, то прямая QS на рис. 2-17 пер^емещается параллельно самой себе, достигая некоторого предельного положения прн амплитудном значении управляющего сигнала. Изменяя сопротивление резистора R, можно изменять наклон линии QS, т. е. изменять режим работы цепи управления тиристора.

Рис. 2-19. Зависимость требуемой амплитуды импульсов управляющего тока от их длительности.

При управлении тиристором от генератора импульсов необходимо учитывать зависимость требуемой амплитуды импульсов управляющего тока от их длительности, которая имеет вид, показанный на рис. 2-19. Управление тиристором с помощью коротких (20-50 мкс) импульсов управляющего тока целесообразно осуществлять в случае активной нагрузки в силовой цепи тиристора. При индуктивно-активной нагрузке, когда ток в силовой цепи тиристора нарастает сравнительно медленно, для управления тиристором рекомендуется использовать достаточно широкие импульсы управляющего тюка. Это относится также й к тиристорам, работающим в схемах регулируемых выпрямителей.

ГЛАВА ТРЕТЬЯ.

РЕГУЛЯТОРЫ И СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПР-ЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

3-1. Принцип действия основных схем однофазных регуляторов

{if Под регуляторами (стабилизаторами) напряжения пере-менного тока понимаются преобразовательные устройства, которые при питании от сети переменного тока обеспечивают на выходе регулируемое (стабилизированное) напряжение переменного тока той же частоты. В качестве силовых элементов, осуществляющих такое регулирование, используются как магнитные усилители, так и полу-

i. проводниковые приборы, в первую -очередь - тиристоры.

Схема - простейшего магнитного усилителя, широко используемая на практике, показана на рис. 3-1, с. Магнитный усилитель выполнен на двух идентичных магннтопроводах Лий. Первичные

I обмотки Шр и а)р , называемые рабочими обмотками, соединены

друг с другом последовательно согласно (точкой условно обозначено начало каждой обмотки) и включены последовательно с сопротивлением нагрузки i?h в цепь источника неременного тока. Вторичные обмотки усилителя (обмотки управления) Wy и Wy

включены последовательно встречно в непь источника постоянного тока с напряжением Uy Часто подобные магнитные усилители выполняют с одной общей обмоткой управления, которая одновременно охватывает оба магнитопровода.

Использование двух идентичных магнитопроводов в магнитном усилителе позволяет устранить трансформаторную обратную связь между первичным источником питания и цепью управления, так как при ненасыщенных магнитопроводах А к Б переменные напряжения, наводимые в каждой из обмоток управления, в любой момент времени взаимно вычитаются и не вызывают переменного тока в управляющей цепи.

Для рассмотрения основных свойств магнитного усилителя (рис. 3-1, а) вначале пренебрегаем влиянием его тока холостого хода, т. е. будем считать, что оба магнитопровода имеют идеальную прямоугольную кривую намагничивания, а гистерезис отсутствует (рис. 3-1,6). Для того, чтобы в цепи управления магнит-

А

ЪОр

UyO-

Рис. 3-1. Простейший магнитный усилитель (с), идеальная кривая намагничивания его сердечников (б), временные диаграммы, иллюстрирующие работу идеализированного усилителя (в), и форма нагрузочного тока усилителя при одновременном насыщении его обоих сердечников (г).

ного усилителя не протекали четные гармоники переменного тока, необходимо выполнение условия Ry (и'р/и'у) >/?н- В противном случае при насыщении одного tt3 магнитопроводов, например А, напряжение на его обмотке управления Wy становится равным нулю, а напряжение на обмотке управления ненасыщенного магнитопровода Б (гИу) вызывает появление переменной составляющей

тока в цепи управления магнитного усилителя.

Временные диаграммы, иллюстрирующие работу идеализированного магнитного усилителя при указанном выще условии, изображены на рис. 3-1, е.

Пусть при Ы=аш насыщается магнитопровод А, а магнито-провод Б вьходит из насыщения. В интервале ав<ы'<:л+ Е происходит изменение индукции в Б (рис. 3-1, е), причем ее значение остается по модулю меньще значения индукции насыщения материала, т. е. I Bg I < I I . В момент Kit-л+ав состояние магнитопроводов усилителя изменяется на противоположное: А выходит из режима насыщения, а Б насыщается. Такое состояние магнитопроводов сохранится до момента Ы=2п+ав- В дальнейшем процессы насыщения обоих магнитопроводов магнитного усилителя повторяются.

Значение угла а в определяется из уравнения

С08ав = /н я i?H/2Ln , .

где i/jj J, - амплитуда напряжения питания.

Таким образом, в рассматриваемом магнитном усилителе в любой произвольно выбранный момент времени один из магнитопроводов насыщен и напряжение на его обмотке управления равно нулю. По обмотке управления ненасыщенного магнитопровода протекает постоянный по значению ток, равный 1у = Uy/Ry, который трансформируется в цепь рабочей обмотки. Ток в нагрузке имеет прямоугольную форму, для которой характерно равенство мгновенного, среднего, действующего (эффектигного) и выпрямленного значении:

Wy Uy

Последнее равенство сохраняется справедливым, пока в магнитном усилителе не наступит режим одновременного насыщения обоих магнитопроводов. Такой режим имеет место, если в момент насыщения магнитопровода А и изменения полярности нагрузочного тока (а)/=ав) питающее напряжение ~f/n недостаточно для насыщения магнитопровода Б. При этом в течение некоторого интервала времени Ов оба магнитопровода усилителя насыщены, а ток в цепи нагрузки пропорционален напряжению питания in = Ujj sin 10 t/Rn и не зависит от тока управления.

Угол в определяется из уравнения

Uy Ra Wy sin Ов =-----.

Форма тока нагрузки для данного режима работы магнитного усилителя приведена на рис. 3-1, е.

1 2 3 4 5 6 ... 22