Запирания транзистора

С приходом первого управляющего импульса, когда открыта пара тиристоров ТРг и 7\Р4, ток от плюсового зажима источника питания Е через нагрузку и конденсатор С направлен к минусовому зажиму источника, заряжая при этом конденсатор С (знаки заряда на обкладках конденсатора указаны без скобок). При появлении второго управляющего импульса, который открывает тиристоры ТР2, ТР3, конденсатор С разряжается через нагрузку и открытые тиристоры ТР2, ТР3. В это же время напряжение на конденсаторе С через открытые тиристоры ТР2, ТРа подключается к тиристорам ТРЪ 7\Р4, обеспечивая их запирание. После запирания тиристоров 77*!, ТРц начинается перезарядка конденсатора, по окончании которой знаки заряда на обкладках конденсатора указаны в скобках; далее процессы повторяются.

В схемах управления используют статические полупроводниковые преобразователи — выпрямители и инверторы на тиристорах. Выпрямители служат для преобразования переменного напряжения в постоянное, а инверторы преобразуют постоянное напряжение в переменное, причем возможность управления моментами открывания и запирания тиристоров позволяет регулировать выходные величины напряжения и тока.

В зависимости от типа применяемых в силовой части полупроводниковых приборов различают ИП: на полностью управляемых вентилях (транзисторах и запираемых тиристорах); на тиристорах (в этом случае необходимо применение специальных способов коммутации для запирания тиристоров).

На 6.8, а приведена схема одной фазы инвертора на тиристорах при использовании широтно-импульсной модуляции. Кроме главных тиристоров Т1... Т4 и соответствующих им обратных диодов Д1... Д4 фаза инвертора имеет еще два коммутирующих узла, состоящих из конденсатора Ск и реактора LK, которые служат для запирания тиристоров. Конденсаторы Ск через вспомогательные тиристоры В1... В4 заряжаются от сети прежде, чем включаются главные тиристоры. Например, перед включением тиристоров Т1 и Т4 конденсаторы должны иметь полярность, показанную на

Для их запирания на вспомогательные тиристоры В1 и В4 подают импульсы управления и после включения этих тиристоров заряженные конденсаторы Ск подключаются к тиристорам Т1 и Т4 так, что разрядный ток конденсатора направляется против тиристора. В связи с этим ток через тиристоры 77 и Т4 прекращается, а конденсаторы продолжают разряжаться через нагрузку и обратные диоды до тех пор, пока напряжение на них не изменит знак и оно станет равным напряжению питания (или несколько боль-__ ше)^ После перезаряда конденсаторы оказываются подготовленными к запиранию тиристоров Т2 и ТЗ. Для запирания тиристоров Т2 и ТЗ (при широтно-импульсной модуляции)' открывают вспомогательные тиристоры В2 и ВЗ. Приведенный пример показывает сложность выполнения инвертора на тиристорах, для которого кроме главных тиристоров требуются узлы запирания, состоящие из вспомогательных тиристоров, конденсаторов Ск и реакторов LK. Это увеличивает массу и стоимость инверторов и снижает их надежность.

нагрузки, ток протекает через диод VQ, и эта энергия рассеивается в сопротивлении RH. В момент 0з включается тиристор V2, который запирается при воздействии УИК в момент 64, и снова включается диод Ко. На интервале 65—Ов работает V3. Моменты запирания тиристоров Ог, 04, бе и т. д. находятся на угол а левее соответствующих точек естественной коммутации, так что кривые токов вентилей, и, следовательно, первичных токов, потребляемых от сети, симметричны относительно синусоиды напряжения ис. Вследствие этого coscp=l и реактивная мощность по 1-й гармонике вентильным преобразователем не потребляется при любом значении а. Поэтому коэффициент мощности, определяемый лишь несинусоидальностью тока i\, высок.

предоставляемого для запирания тиристоров, силовой тиристор Vc шунтируют диодом V2. При этом перезаряд конденсатора на интервале 'з—U носит колебательный характер. Ток 1с представляет половину синусоиды той же частоты, что и при заряде конденсатора, и протекает по контуру Ск—VI—LK—VI. Теперь время запирания примерно равно

Форма и величина выходного напряжения инвертора и время запирания тиристоров зависят от режима инвертора, определяемого постоянной времени т. Чем больше т, тем медленнее изменяется напряжение на нагрузке, закон его изменения приближается к линейному, а форма напряжения ик приближается к треугольной. Напряжение на диагонали моста иа в любой момент времени равно напряжению на закрытом вентиле. При работе вентиля V2 wd — = Hai, т.е. напряжению на вентиле VI, а при открытом тиристоре V4 иа==иа3.

Наибольшая мощность выделяется в нагрузке при частоте управления инвертора /, максимально близкой к резонансной частоте контура /о, однако всегда должно соблюдаться неравенство /о>Д так как если длительность интервалов t%—^3 и U—^5 будет меньше минимальной, схемное время, предоставляемое для выключения вентилей, будет недостаточным для надежного запирания тиристоров. При уменьшении частоты, с которой подаются управляющие импульсы на тиристоры, мощность, отдаваемая в нагрузку, снижается, при дальнейшем уменьшении частоты / интервалы протекания тока через контур чередуются с бестоковыми паузами (режим прерывистого тока). Временные диаграммы в этом режиме представлены на 9.14,6. На

2. Ограниченная управляемость — большинство классов тиристоров отпирается по маломощной цепи управления, а запирается по мощной (силовой) анодной цепи. Поэтому применение тиристоров в качестве ключей в цепях постоянного тока требует специальных узлов для запирания тиристоров — так называемых узлов коммутации1.

Для обеспечения надежности запирания тиристоров необходимо, чтобы выполнилось условие

Если запереть входной транзистор Гц, то транзистор окажется в режиме «оборванной базы» и полностью не закроется. Для полного и быстрого запирания транзистора Т\г в его базовую цепь необходимо поставить резистор, через который на базу будет подано начальное запирающее смещение. Возможны два варианта включения резистора ( 3.13, б, в). При варианте в на резисторе рассеивается меньшая мощность, поэтому принят этот вариант.

рание транзистора при невысоком, но положительном потенциале точки А, соответствующем логическому «О» элемента И. Потенциал базы транзистора в этом случае ниже потенциала точки А на сумму прямых напряжений диодов Д5, Дв и достаточен для запирания транзистора. Микросхема осуществляет операцию И — НЕ при кодировании, показанном на 8.24, б. Действительно, при сигнале «О» на всех входах все диоды открыты, потенциал точки А близок к нулю. Транзистор закрыт, на выходе потенциал близок к +Е (сигнал «1»). Потенциал точки А и выходной сигнал не изменятся до тех пор, пока на все входы не будет подан сигнал «1». Тогда диоды

На 8.27 приведена схема такого элемента И — НЕ. Транзистор Т3 выполняет функции эмиттерного повторителя с нагрузкой в виде транзистора Tt. При воздействии сигнала «1» на все входы транзистор Т2 насыщен, как показано ранее. Следовательно, транзистор Tt также насыщен из-за высокого потенциала на его входе (точка а), создаваемого эмиттерным током транзистора Т2 на резисторе R3. Благодаря низкому потенциалу коллектора транзистора Т2 (точка б) транзистор Т3 закрыт. При воздействии сигнала «О» хотя бы на один из входов транзистор Г2 закрывается, а транзистор Т3 открывается из-за повышения потенциала точки б и работает как эмиттерный повторитель. Диод Д служит для обеспечения режима смещения транзистора Т3, т. е. для того, чтобы этот транзистор был закрыт при насыщенном транзисторе Тг. Прямое напряжение на диоде Д составляет около 0,5 В и служит для запирания транзистора Т3. Это напряжение создается даже при очень малых (порядка микроампер) токах закрытого транзистора Т3.

Область отсечки характеризуется обратным смещением на обоих переходах транзистора. Поскольку нижняя выходная характеристика при / Q = 0 не совпадает с осью напряжений, то для полного запирания транзистора недостаточно уменьшить входной ток до нуля, а необходимо изменить его направление с тем, чтобы компенсировать влияние обратного тока коллекторного перехода: / к 60 =— 1 g. В режиме отсечки цепь транзистора можно считать разомкнутой.

После запирания транзистора образуется выброс напряжения в коллекторной цепи, обусловленный спадом тока в обмотке трансформатора. Для уменьшения амплитуды выброса коллекторная обмотка шунтируется цепью, состоящей из диода V2 и резистора R3. Резистор R2 в базовой цепи применяется для ослабления влияния сопротивления базы на работу схемы.

В этой схеме с тремя входами с расширением по И (микросхема К1ЛБ091А-Г) операцию И осуществляет диодная часть (диоды Д\ — Д3) с резисторами /?i, #2 и транзистором Т\. Усилительный каскад-инвертор на транзисторе Тч выполняет операцию НЕ. Диод Дб, связывающий диодную часть с инвертором, служит для надежного запирания транзистора Тч,

Поскольку в момент запирания транзистора коллекторный ток не прекращается мгновенно, возникает ЭДС самоиндукции и на коллекторе появляется отрицательный выброс напряжения. Медленная разрядка

При подаче на базу транзистора в момент времени t\ ( 6.30, б) управляющего импульса отрицательной полярности с амплитудой, достаточной для запирания транзистора, последний закрывается (ключ разомкнут), и конденсатор заряжается по цепи +?к — R — С — ( — Ек). Напряжение на конденсаторе, стремясь к асимптотическому уровню Ек, возрастает по закону

Обратным током эмиттера можно пренебречь ввиду его малости по сравнению с обратным током коллектора. Ток базы имеет обратный знак, а по абсолютному значению равен току /Кбо ( 49, а). Уменьшение базового тока до нуля не обеспечивает полного запирания транзистора, так как при /6 = 0 по цепи коллектора будет протекать ток /к~Р/кб, который может быть значительным (точка А') (см. 48). В цепи коллектора протекает только обратный ток /к = /кбо, и напряжение на коллекторе ?/кэ— — (Ек — 1КбоЯк) « — ЕК, Внутреннее сопротивление транзистора в режиме отсечки велико. На семействе выходных характеристик режим отсечки соответствует нижнему пологому участку, на котором ток коллектора /к = /кбо. Так как токи, протекающие через транзистор, малы, то закрытое состояние транзистора соответствует разомкнутому состоянию ключевого элемента.

По сравнению со схемами ДТЛ рассмотренная схема основного логического элемента ТТЛ имеет ряд достоинств: более высокое быстродействие вследствие формирования процесса запирания транзистора и технологичность, приводящая к экономии площади кристалла.

ному значению превышает потенциал базы открытого транзистора. В момент запирания транзистора Т1 на его коллекторе образуется отрицательный потенциал, равный — Ек. Этот потенциал мгновенно передается через резистор R1 на базу транзистора Т2 и открывает его. На коллекторе открывшегося транзистора Т2 потенциал становится близким к нулю и, поступая совместно с напряжением смещения +?см на базу транзистора Т1, надежно закрывает его до прихода на вход следующего запускающего импульса. В промежутке времени t\ — /2 между двумя запускающими импульсами 03ап схема находится в статическом состоянии: транзистор Т2 открыт и насыщен, а транзистор 77 закрыт. Из этого состояния схему выведет следующий запускающий импульс, приходящий в момент времени fa- Импульс поступает на базы обоих транзисторов и, как в предыдущем случае, закрывает открытый транзистор Т2, на коллекторе которого появляется отрицательный потенциал. Этот потенциал поступает на базу транзистора Т1 и открывает его. Появившийся на коллекторе транзистора Т1 нулевой потенциал совместно с напряжением смещения +ЕСЫ закрывает транзистор Т2. Схема переходит во второе состояние устойчивого равновесия, в котором будет находиться до прихода следующего запускающего импульса.