Открывания транзистора

Примечания: 1. Изображения первичных обмоток трансформаторов опущены. 2. Схемы управления, вырабатывающие управляющие импульсы для открывания тиристоров, не изображены. 3. «Нулевой» диод Д0 применяют при индуктивной нагрузке (подключение диода Д0 изображено на схемах пунктиром).

через нуль (<о/ = 0, я, 2л ...) • В схеме же на управляемых тиристорах ТР\ и ТР2 ( 8.7, а) момент открывания тиристоров определяется моментом подачи на управляющий электрод импульсов управления Uy ( 8.7, в). При подаче таких импульсов в моменты времени co/i и ю^ тиристоры открываются с соответствующей задержкой по отношению к моментам перехода напряжения через нуль, т. е. в общем случае с фазовым сдвигом а = to/, где со — угловая частота напряжения сети.

направленной встречно выпрямленному напряжению ротора. Регулирование встречной э.д.с. ?„ (для получения другой частоты вращения) осуществляется блоком управления устройством путем изменения угла открывания тиристоров инвертора р\ После изменения э.д.с. инвертора Еи частота вращения двигателя будет изменяться до тех пор, пока не наступит новое равновесное состояние электромагнитного момента и момента сопротивления. В последнее время ведутся работы по использованию преобразователей, позволяющих регулировать частоту вращения электродвигателей переменного тока путем изменения частоты. При этом рассматриваются преобразователи со звеном постоянного тока и с непосредственной связью. Первые (типа ПЧИ) выпускаются промышленностью на мощности 30, 60 и 80 кВт, а вторые (типа ТТС (ПЧН) — на 16, 40 и 80 кВт при ПВ = 40 %. Оба типа из-за сложности их схем управления пока не нашли широкого применения. Выходная частота преобразователей со звеном постоянного тока изменяется в пределах 5. ..50 Гц, напряжение — в пределах 2... ...340 В, а преобразователей с непосредственной связью — соответственно в пределах 2... 30 Гц и 25... ...230 В [3J, причем выходная частота /2 последних жестко связана с частотой питающей сети fi следующей зависимостью: ,

фазных мостопых схем у ^ л/3, <р2 ?» у/2) . Из векторной диаграммы следует также, что при Ed > 0 результирующая э.д.с. в цепи ротора ?рез будет меньше э.д.с. ротора, наводимой со стороны статора, а следовательно, и ток /2 будет меньше (так как /2 = Ь'рез). Таким образом, при изменении тока возбуждения МП или утла открывания тиристоров инвертора И изменяется э.д с., которая направлена встречно с выпрямленным напряжением ротора, т. е. встречно э.д.с. ротора Ez. Вследствие этого изменяется и ток ротора /2, так что равновесие электромагнитного момента двигателя и момента нагрузки наступает при другой частоте вращения дпи-гателя.

где k 2 — коэффициент схемы включения тиристоров инвертора (для трехфазной мостовой схемы fe2 = = 2,34); Е2тР — фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора инвертора (или сети, если трансформатор отсутствует); (3 — угол открывания тиристоров инвертора.

Если выражение (3.14) подставить в уравнение (3.12), то полученный результат подтвердит ранее сделанное утверждение о том, что при изменении угла открывания тиристоров инвертора (3 будет изменяться частота вращения асинхронного двигателя М. В схемах, подобных 3.8, б, регулирование частоты вращения двигателя принципиально можно осуществлять путем изменения угла открывания тиристорои выпрямительной (Вп) и инверторной (И) групп, поскольку выпрямительный и инверторный мосты выполняются на управляемых вентилях, чго позволяет производить двухзонное регулирование частоты вращения — выше и ниже синхронной. При частоте вращения выше синхронной инверторная группа переводится в выпрямительный режим, а выпрямительная — в инверторный. Однако в целях умень-

шения потерь регулирование частоты вращения целесообразнее осуществлять только путем изменения угла открывания тиристоров инвертора, когда углы открывания тиристоров выпрямителя равны нулю (а = 0). Последнее обстоятельство позволяет выполнить ротоо-ный выпрямитель на диодах, что и делается в большинстве современных каскадных схем. Подобные вентильные каскады могут быть выполнены и с преобразователями без промежуточного звена постоянного тока. Тогда роль выпрямителя и инвертора должен играть преобразователь с непосредственной связью.

Пуск асинхронного двигателя в рассмотренных кас-кадных схемах ( 3.8) осуществляется с помощью пусковых реостатов (на схемах не показаны), которые после его разгона отключаются и двигатель подключается к выпрямителю в первом случае подключением якоря машины МП> а во втором — включением инвертора И в сеть. В схемах, r/одобных 3.8, б, асинхронный двигатель можно пустить в ход и без пускового реостата путем постепенного изменения угла открывания тиристоров инвертора.

Одновременная работа четной и нечетной групп тиристоров исключается блоками логики ЭЛ1 и ЭЛ2. Эти блоки предотвращают возможность открывания тиристоров неработающей группы до полного закрывания тиристоров работающей группы, так как ФСУ и блоки логики сблокированы запирающими связями, т. е. когда работает одна группа ФСУ, то с ее выхода подаются запирающие импульсы (10 или 20) на блок логики неработающей группы, который исключает возможность включения неработающей группы ФСУ. Только после снятия управляющего сигнала с работающей группы и снижения тока до нуля блоки логики через определенный промежуток времени снимают запрет с ФСУ той группы, которая должна вступить в работу. Для того чтобы продолжительность этого промежутка была связана с током якоря, блоки логики соединены с усилителями У4 и У5, на вход которых поступает напряжение обратной связи по току, пропорциональное току якоря.

направленной встречно выпрямленному напряжению ротора. Регулирование встречной э.д.с. ?„ (для получения другой частоты вращения) осуществляется блоком управления устройством путем изменения угла открывания тиристоров инвертора р\ После изменения э.д.с. инвертора Еи частота вращения двигателя будет изменяться до тех пор, пока не наступит новое равновесное состояние электромагнитного момента и момента сопротивления. В последнее время ведутся работы по использованию преобразователей, позволяющих регулировать частоту вращения электродвигателей переменного тока путем изменения частоты. При этом рассматриваются преобразователи со звеном постоянного тока и с непосредственной связью. Первые (типа ПЧИ) выпускаются промышленностью на мощности 30, 60 и 80 кВт, а вторые (типа ТТС (ПЧН) — на 16, 40 и 80 кВт при ПВ = 40 %. Оба типа из-за сложности их схем управления пока не нашли широкого применения. Выходная частота преобразователей со звеном постоянного тока изменяется в пределах 5. ..50 Гц, напряжение — в пределах 2... ...340 В, а преобразователей с непосредственной связью — соответственно в пределах 2... 30 Гц и 25... ...230 В [3J, причем выходная частота /2 последних жестко связана с частотой питающей сети fi следующей зависимостью: ,

фазных мостопых схем у ^ л/3, <р2 ?» у/2) . Из векторной диаграммы следует также, что при Ed > 0 результирующая э.д.с. в цепи ротора ?рез будет меньше э.д.с. ротора, наводимой со стороны статора, а следовательно, и ток /2 будет меньше (так как /2 = Ь'рез). Таким образом, при изменении тока возбуждения МП или утла открывания тиристоров инвертора И изменяется э.д с., которая направлена встречно с выпрямленным напряжением ротора, т. е. встречно э.д.с. ротора Ez. Вследствие этого изменяется и ток ротора /2, так что равновесие электромагнитного момента двигателя и момента нагрузки наступает при другой частоте вращения дпи-гателя.

3. Обмотка положительной обратной связи (шк) обеспечивает форсированное включение транзистора. Кроме того, при учете существенно нелинейного характера кривой намагничивания формирователь обладает лучшей формирующей характеристикой. Это выражается в том, что длительность выходного импульса мало зависит от длительности входного. После открывания транзистора пере-магничивание сердечника в состояние 0 происходит под действием как входного тока считывания, так и тока коллектора. Если входной импульс считывания имеет малую длительность, то сердечник продолжает перемагничиваться под действием тока коллектора, при этом ток в цепи базы остается достаточным для насыщения транзистора. Длительность выходного импульса в основном обусловливается временем перемагничивания сердечника (0, 4). а оно определяется отношением: /„ = 2B^w6IUz cp; величина U2 cp при этом мало зависит от величины тока базы вследствие нелинейности входной цепи. Этим и объясняются хорошие формирующие свойства схемы.

Рассмотрим математическое описание процессов при считывании формирователя в течение времени t cr (О, /х). На данном этапе э. д. с. на обмотке а>6 недостаточна для открывания транзистора.

Уточним показатели выходного импульса. Полагая, что после открывания транзистора приращение напряжения на обмотке ti'g уравновешивается э. д. с. на индуктивности L3, для отрезка формирования фронта можно написать:

циональными узлами вычислительной машины рассмотрены в гл 5. На вход 7 усилителя У В подается стробирующий импульс напряжения «со, который формируется с помощью формирователя импульсов на транзисторе Т8 и нелинейного ограничителя, содержащего резистор R6, стабилитрон ДЗ и диод Д2. Стробирующий импульс ис0 подается на УВ каждого разряда. Ключ на транзисторе Т9 формирует импульсное напряжение питания триггеров УВ всех разрядов. Резисторы /?01 и R8 имеют сравнительно большое сопротивление (около 1 кОм) и служат для подачи запирающего напряжения на диоды в выходных цепях УВ, а также для потенциальной привязки этих цепей к шине с нулевым потенциалом. Эти меры обеспечивают уменьшение помех в выходных цепях УВ. Работа разрядной системы существенно различается при двух режимах работы МОЗУ: режиме считывания и режиме записи. В режиме считывания по адресной шине (например, АШ1) протекает импульс считывания, который перемагничивает все сердечники данной ячейки в состояние 0. При этом на разрядной шине наводится э. д. с. elt если сердечник данного разряда выбранной ячейки был намагничен в состояние 1, либо э. д. с. е„, если сердечник был намагничен в состояние 0. Одновременное формированием импульса /сч в адресной шине с помощью управляющих сигналов возбуждаются формирователь на транзисторе Т8, ключ на транзисторе Т9 к один из коммутирующих ключей, например на транзисторе Т10. Для рассмотрения работы УВ предварительно проанализируем случай, когда сигнал евх на зажимах /—2 равен нулю. В исходном состоянии транзисторы Tl, T2 закрыты, так как исо = О, 'Э1 = О, <Э2 = 0. В режиме считывания на вход 7 усилителя УВ действует стробирующий импульс исо > 0 (обычно ыс0 = 5 -г- 7 В). Под действием ис0транзисторы Tl, T2 открываются. При симметричной схеме выполняются условия «Э1 = (92 = = ('э «= (К1 = (К2. На коллекторных сопротивлениях /?К1, /?К2 возникают импульсы напряжения /Ki/?Ki и iK%RKz, которые оказываются приложенными к базам транзисторов ТЗ и Т4 амплитудного дискриминатора. Однако параметры схемы выбраны так, что выполняется соотношение: iKiRKi = <2к^к2 гДе ^пор* ^ ?см + f э. п — пороговое напряжение на базах ТЗ и Т4, при котором транзисторы начинают открываться. Таким образом, транзисторы ТЗ, Т4 остаются закрытыми, следовательно, будут закрыты транзисторы Т5, Т6 и импульс тока в выходной цепи УВ будет равен нулю. Если при считывании на вход УВ действует э. д. с. положительной полярности (показана на 4-10 без скобок), то произойдет разбаланс схемы усилителя на транзисторах Т1, Т2. Под действием еях эмиттер-ный, а следовательно, и коллекторный ток транзистора 77 увеличится, а транзистора Т2 — уменьшится на величину Д(э: [Э1 = i'30 -f- Д('э, j'32 = [эо — Д/э. Величина приращения тока пропорциональна величине входного сигнала евх. Вследствие увеличения тока »91 увеличится падение напряжения на сопротивлении/?К1 и при условии ((эо + Д/э) RKi > t/nop откроется транзистор ТЗ амплитудного дискриминатора. Коллекторный ток транзистора ТЗ создает импульс напряжения на резисторе R2, под действием этого импульса открывается транзистор Т5. Коллекторный ток транзистора Т5 протекает по цепи от источника напряжения + ?i через RK3, Т5, Т9 и источник напряжения ?,. Падение напряжения на сопротивлении R,3 от коллекторного тока транзистора ТВ приводит к отпиранию транзисторов Т4 и Т6. Итак, триггер, содержащий транзисторы Т4 и Т5, перешел из исходного состояния, при котором транзисторы Т4, Т5 были закрыты, в состояние, когда они насыщены Это состояние является устойчивым и не зависит от дальнейших изменений величины еак, а соответственно и от состояния транзистора ТЗ. Через обмотку w3 формирователя Ф31 протекает ток, который записывает в Ф31 единицу. Окончание выходного импульса связано с закрыванием транзистора Т10 либо Т9. При закрывании транзистора Т9 ток транзистора Т5 существенно уменьшается (в 5—10 раз), так как сопротивление резистора R3 выбирается достаточно большим: R3 > (5 •+• 10) RK3. Назначение R3 — потенциальная привязка эмиттера транзистора Т5 с целью исключения процессов, связанных с перезарядом емкостей переходов транзистора Т5 при включении Т6. Это повышает помехозащищенность УВ. При закрытом транзисторе Т9 падение напряжения на сопротивлении /?К8 меньше порога Uaop открывания транзистора Г4, поэтому

Имеющиеся в схеме конденсаторы С1 и С2 шунтируют резисторы R ] и R2. Их обычно называют ускоряющими. Это объясняется следующим. В устойчивом состоянии, когда, например, транзистор Г, открыт, а транзистор Т2 закрыт, конденсаторы заряжены соответственно до напряжений uCi ~ 0 и Чс2~ —Ек. Во время лавинообразного процесса их состояние практически не изменяется (в соответствии со вторым законом коммутации). Но как только открытый транзистор 7\ закроется и напряжение на его коллекторе станет равно — Ек, разряженный конденсатор С[ начнет заряжаться и в цепи базы открывающегося траюистора Г2 потечет большой зарядный ток, который добавится к току, втекающему в базу. Это значительно ускорит процесс открывания транзистора Т2.

Напряжение U3, прикладываемое к затвору, имеет вид, изображен-ый на 5.7. При подаче прямоугольного импульса от источника /3, имеющего некоторое внутреннее сопротивление R3, сначала про-сходит заряд емкости Сзи (участок «1» на 5.7). Но транзистор в то время закрыт, — он начнет открываться только при достижении апряжения U3U некоторого значения, называемого пороговым наряжением (Ugs(th) в обозначениях фирмы International Rectifier). Ти-ичное значение порогового напряжения — 2...5 В. При достижении /зи порогового уровня «срабатывает» эффект Миллера, входная ем-ость резко увеличивается, что иллюстрируется участком «2» (на ис. 5.7). Скорость открывания транзистора замедляется. «Медлен-ый» участок будет длиться до тех пор, пока транзистор полностью не ткроется, то есть сопротивление открытого р-n перехода не достиг-

Открытие транзистора IGBT происходит следующим образом. Пока напряжение «затвор-эмиттер» равно нулю, транзистор закрыт. Поскольку для начала процесса открывания транзистора нет необходимости открывать управляющий MOSFET транзистор полностью,

обмотки woc направлена согласно с напряжением ?/ф„, ток базы транзистора увеличивается, процесс открывания транзистора убыстряется. Более интенсивный рост тока гк приводит к увеличению э. д. с. обмоток трансформатора, что в свою очередь приводит к увеличению темпа роста тока /к. Когда транзистор Т открывается полностью, рост

тока iK в обмотке и>н прекращается, и э. д. с. обмоток трансформатора падает до нуля. Благодаря положительной обратной связи по току коллектора транзистора, осуществляемой обмоткой woc, процесс открывания транзистора протекает интенсивно, а длительность его мала. Напряжение 1/выз. ( 1.10, в) обмотки оУвых ( 1.10, б) имеет форму острого и кратковременного импульса. При подаче этого импульса на управляющий электрод тиристора (или сетку ртутного выпрямителя) вентиль В открывается.

Работу схемы в режиме автоколебаний упрощенно можно объяснить следующим образом. Благодаря обратной связи транзистор попеременно то открывается, то закрывается. В процессе его открывания напряжением обратной связи «о. с конденсатор С заряжается и на выходе генератора (резистор RB) появляется импульсное напряжение иВых (сигнал). Когда транзистор закрыт, сигнала нет и происходит разряд конденсатора через вторичную обмотку трансформатора и резистор R. По мере разряда положительное напряжение на базе убывает и в тот момент, когда оно становится примерно равным нулю, транзистор начинает открываться. Изменяющийся ток коллекторной цепи обусловливает появление ЭДС во вторичных обмотках трансформатора TL. Конденсатор начинает заряжаться, транзистор открывается, а на выходе появляется импульсный сигнал. После окончания процесса открывания транзистора ЭДС в обмотках трансформатора исчезают и заряженный конденсатор закрывает транзистор. Конденсатор начинает разряжаться, и процесс повторяется.

С ростом сигнала за счет напряжения от детектора уменьшаются ток коллектора транзистора Тз, крутизна его характеристики и падение напряжения на резисторе /?4, что является причиной открывания транзистора Т^. При этом уменьшается динамическое сопротивление со стороны эмиттера и контур LiCi шунтируется пропорционально уровню принимаемого сигнала. Глубина регулировки в этой цепи достигает 70 дБ. '

При токе нагрузки, превышающем максимальный, падение напряжения на резисторе R8 становится достаточным для открывания транзистора VT7, в результате чего через ограничительный резистор R10 на управляющий вывод тиристора VS8 поступает открывающий ток. Как только тиристор откроется, часть тока с рези-стивного делителя напряжения R4—R6 ответвляется через ограничительный резистор R3 на вывод микросхемы А1, что приводит к срабатыванию ее внутренней системы выключения и закрыванию регулирующего транзистора VT6.