Использования транзистора

В зависимости от использования трансформаторов тока в фазах схемы максимальных токовых защит разделяются на трехфазные (трансформаторы тока установлены в каждой фазе) и двухфазные (трансформаторы тока установлены в двух фазах).

3. По значениям ^ и т ( 7.38) находим оптимально-экономическую мощность каждого трансформатора, Она попадает в зону экономического использования трансформаторов 10 MB-А (точка пц.). Таким образом, на под-

Как правило, трансформаторы неравномерно загружены в течение суток и в течение года, так как потребление электрической энергии значительно изменяется вечером и ночью, а также в летнее время и в период осенне-зимнего максимума. Поэтому для оценки использования трансформаторов в энергосистемах иногда говорят о годовом КПД, который определяется отношением отданной во вторичную сеть энергии в течение года к энергии, полученной из сети,

10-14. Схемы использования трансформаторов тока в качестве источников переменного оперативного тока.

Несмотря на отмеченные положительные показатели трансформаторных двухтактных каскадов, которые ранее находили широкое применение в усилительных устройствах, сами выходные трансформаторы имеют большие габаритные размеры и массу по сравнению с современными УЭ и, самое главное, принципиально не могут быть изготовлены по микроэлектронной технологии. В связи с этим наметилась тенденция к отказу от использования трансформаторов в транзисторных каскадах и каскадах с аналоговыми микросхемами.

Характерной особенностью использования трансформаторов на современных промышленных предприятиях является расширение функциональных свойств их систем регулирования напряжения для повышения качества электроэнергии путем компенсации отклонений напряжения от номинального значения непосредственно на входе приемников электроэнергии.

Конструирование трансформатора — комплексный процесс, включающий в себя расчет электромагнитных характеристик и механических элементов, а также выбор конструктивных параметров. Только из методических соображений расчет электрических и магнитных параметров обычно рассматривают отдельно от выбора всех других конструктивных параметров. В реальных условиях разработки трансформаторов эти два процесса неразрывны. Иначе говоря, при расчете электрических и магнитных параметров необходимо ориентироваться «а основные конструктивные параметры (форму, вес, габариты, тип магнитопровода, способы защиты от влажности и т. п.). При этом также должны учитываться место использования трансформаторов, технологические, эксплуатационные и экономические требования. Далее будут рассматриваться только некоторые

Наконец, надо обратить внимание еще на одну особенность использования трансформаторов G регулированием напряжения на железных дорогах переменного тока. На отечественных дорогах применяется схема, питания с параллельной работой подстанций по тяговой сети. В результате неравенства напряжений на вторичной стороне смежных подстанций, вызванных, например, неодновременной работой регуляторов, возникает уравнительный ток между подстанциями. Реактивное сопротивление тяговой сети много выше активного, поэтому уравнительный ток будет иметь в основном реактивную составляющую. Это поведет к понижению напряжения на подстанции о повышенным напряжением и к повышению напряжения на подстанции с пониженным напряжением (которая питает как бы нагрузку о опережающим током).

Соотношение (9.95) положено в основу практического использования трансформаторов тока при измерениях в цепях переменного тока. Измерив ток /2 и зная &ттн, по паспортным данным находят ток /х. Показания ваттметра (или счетчика), включенного с помощью трансформатора тока, необходимо умножить на &Ттн- Обычно в паспорте трансформатора тока номинальные токи обмоток записывают в виде дроби: /1н//2„ = 500/5.

Современная система тарифов при оплате за электроэнергию также способствует низкой степени использования трансформаторов в системах электроснабжения промышленных предприятий. Оплата за электроэнергию помимо основной ставки за мощность, участвующую в максимуме нагрузки энергосистемы, предусматривает дополнительную оплату — ставку за активную энергию, учтенную счетчиками. В этой системе оплаты, связанной с заявляемой и потребляемой мощностью, существует в свою очередь система «штрафов» предприятия. Предприятие заявляет максимальную мощность, участвующую в максимуме энергосистемы. За превышение заявленного максимума нагрузки (даже получасовое) потребитель расплачивается с энергосистемой в течение квартала в десятикратном размере от основной ставки двухставочного тарифа. Это прямой «штраф» предприятия. При потреблении мощности меньше заявленной предприятие расплачивается с энергосистемой за заявленную мощность, т. е. платит за недоиспользованную мощность. Это является неявным «штрафом». Таким образом, имеет место «штраф» как за недоиспользование мощности, так и за превышение заявленного максимума нагрузки. Потребителю «выгоднее» завысить заявляемый максимум нагрузки по сравнению с действительным и переплатить за непотребленную мощность, чем заявить действительную максимальную мощность и платить значительный штраф при случайном выходе нагрузки за пределы заявленного максимума.

Все это приводит к завышению мощности силовых трансформаторов, компенсирующих устройств и других элементов систем промышленного электроснабжения. Так, для предприятий черной металлургии коэффициент использования трансформаторов, установленных на ГПП, имеет значения 0,2 (табл. 6.3), что соответствует установленной мощности трансформаторов 1 млн. кВ-А вместо потребной 200000 кВ-А, что приводит к перерасходу средств и материалов, вызывает излишние потери электроэнергии, ведет к появлению значительной потребляемой реактивной мощности. Заводы по выпуску трансформаторов оказываются загруженными заказами на трансформаторы, мощность которых недоиспользуется. Все это приводит к увеличению капитальных вложений.

Биполярный транзистор, как" и любой другой электронный элемент, может работать в определенном диапазоне токов, напряжений и мощностей. Нельзя, например, превышать определенную величину тока коллектора или нельзя использовать транзистор при напряжении на коллекторе меньше определенной величины. Эти границы использования принято называть предельными или предельно допустимыми режимами. Предельный режим в отличие от предельно допустимого определяется только физической границей возникновения явления в транзисторе, которое делает его неработоспособным, т. е. предельный режим — это физическая граница возможного использования. Однако из-за неизбежного разброса параметров полупроводниковых приборов, необходимости повышения надежности при эксплуатации на практике используется (приводится в ТУ и справочниках) предельно допустимый режим. Предельно допустимый режим — режимная граница использования транзистора, определяемая помимо .физической границы некоторыми соображениями технико-экономического характера. На практике это означает введение коэффициента запаса.

Переход на элементную базу МЭА (микроэлектронные изделия) позволяет: 1) расширить возможности системного подхода; 2) распространить его на РЭС в целом, например изменить принципы организации РЭС—перенести выполнение части функций с наземной аппаратуры на бортовую; заменить в радиолокационной станции антенну с механическим сканированием луча на активную фазированную антенную решетку с электрическим сканированием луча; производить передачу информации не в аналоговой, а в цифровой форме; снизить стоимость и массогаба-ритные характеристики при одновременном повышении надежности путем замены механических и электромеханических компонентов электронными (в микроэлектронном исполнении), использования элементов в интегральном исполнении с новыми свойствами (транзисторных пар, изготовленных в едином технологическом цикле, жидкокристаллических индикаторов и т. д.). Все это позволяет улучшить показатели качества РЭС, но одновременно требует коренного изменения конструкции. В конечном счете структура РЭС и ее конструкция зависят от технологических возможностей производства. Поэтому при системном подходе подразумевается учет при конструировании не только схемотехнических, но и технологических факторов. Так, при проектировании полупроводниковой ИС разработчик должен оценить выгоду от использования транзистора как резистора или диода и, конечно, должен уметь рассчитывать взаимное влияние элементов.

Максимальная мощность отдается каскадом при эффективном использовании транзистора как по току, так и по напряжению. Коэффициенты использования транзистора в режиме А по току и напряжению определяются по формулам

Нагрузочная способность в состоянии ?/вых — U1 по сравнению с нагрузочной способностью простейшего элемента ТТЛ увеличивается за счет использования транзистора VT4. В этом состоянии VT4 работает в активном режиме и в Р4 раз ослабляет зависимость выходного напряжения t/вых от выходного тока /вых. Выходная характеристика элемента ТТЛ со сложным инвертором аналогична по форме зависимости t/вых = / (/?ых) на 7.10, но идет выше (так как повышено напряжение (Уи.п) и значительно (приблизительно в р4 раз) положе.

Точка, в районе которой строится характеристический треугольник, называется рабочей точкой. Выбор ее на вольт-амперной характеристике производится расчетным путем (аналитическим или графическим) и определяется конкретной задачей, которую надо решить с помощью транзистора. Каждой рабочей точке будет соответствовать свой режим использования транзистора по току и напряжению. Чем меньше размеры построенного характеристического треугольника, тем точнее можно определить тот или иной параметр для данной рабочей точки. Для более точного вычисления параметра размеры треугольника берут по возможности наименьшими. Отсюда и возникновение названия «дифференциальные» в определении электрических параметров. С определениями основных дифференциальных параметров р-п перехода мы познакомились ранее (см. § 3.4), ниже проведем краткий анализ систем Z-, Y- и /i-дифференциальных парамеров и раскроем их физический смысл.

Время включения каскада тем меньше, чем выше быстродействие используемого в каскаде транзистора, т. е. чем выше его граничная частота или чем меньше его постоянная времени вэ. Кроме того, /вкл зависит и от режима использования транзистора, т. е. от степени насыщения транзистора во включенном состоянии s. Чем больше s, тем меньше /вкл.

Схему замещения уравнений с ^-параметрами ( 16-7, а) можно, как и для электронных ламп, привести к схеме с одним генератором тока. Такая схема для п-р-п транзистора (в схеме ОЭ) показана на 16-9, б. В случае использования транзистора в устройствах преобразования высокочастотных сигналов эквивалентную схему следует дополнить элементами, влияющими на работу транзистора в этом диапазоне частот. На 16-9, в в качестве примера в эквивалентную схему включены емкости переходов и объемное сопротивление базы.

При снятии выходных характеристик в схеме ОЭ базовый ток задается с помощью резистора RB, включенного в цепь базы и соединенного с источником питания ?Б, тогда /Б = (Ек — ?/БЭ)/#В- Для обеспечения постоянства тока базы выбирают большое значение /?Б и ЕБ ~^> ?/БЭ (строго постоянным ток будет лишь при RK-+-OO, ?Б->-оо). Величина RB играет важную роль в развитии пробоя в схеме ОЭ. Часть дырок, возникающих в коллекторном переходе при ударной ионизации и попадающих в базу, создает ток во внешней цепи, протекающий через резистор ^Б- В результате в базе накапливается меньшее число дырок, положительная обратная связь ослабевает и напряжение пробоя увеличивается. В справочниках приводят напряжение пробоя {/вэдпроб, измеряемое в схеме, показанной на 4.19, а, при заданном сопротивлении /?БЭ- Если R№ — О, то напряжение пробоя максимально и обозначается t/кэк.проб, оно приблизительно равно напряжению пробоя t/кБСпроб в схеме ОБ. При увеличении КБЭ напряжение пробоя снижается ( 4.19,6). При #БЭ-»-оо (разомкнутая база) напряжение пробоя минимально и равно t/юопроб (4.21). Таким образом, следует избегать использования транзистора при разомкнутой базовой цепи, так как низкое напряжение пробоя может привести к выходу транзистора из строя.

При заданной длительности импульса /„ амплитуду выброса можно уменьшить, увеличивая индуктивность намагничивания LI и уменьшая сопротивление /?н д. При этом можно увеличить напряжение источника питания Бк и тем самым повысить эффективность использования транзистора. Однако указанные меры, обеспечивающие уменьшение амплитуды выброса, непременно приводят к увеличению времени затухания выброса. Ток намагничивания спадает с постоянной времени THA = ?-1/ЯНд> поэтому с увеличением индуктивности L4 или уменьшением сопротивления Rvn возрастает продолжительность времени восстановления напряжения.

Схему замещения уравнений с ^-параметрами ( 16-7, а) можно, как и для электронных ламп, привести к схеме с одним генератором тока. Такая схема для п-р-п транзистора (в схеме ОЭ) показана на 16-9, б. В случае использования транзистора в устройствах преобразования высокочастотных сигналов эквивалентную схему следует дополнить элементами, влияющими на работу транзистора в этом диапазоне частот. На 16-9, в в качестве примера в эквивалентную схему включены емкости переходов и объемное сопротивление базы.

Время включения каскада тем меньше, чем выше быстродействие используемого в каскаде транзистора, т. е. чем выше его граничная частота или чем меньше его постоянная времени 6Э. Кроме того, ?вкл зависит и от режима использования транзистора, т. е. от степени насыщения транзистора во включенном состоянии s. Чем больше 5, тем меньше /вкл.