На головну

Силові біполярні транзистори

  1. Біполярні транзистори з ізольованим затвором
  2. Геометричні параметри, кінематичні і силові співвідношення у фрикційних передачах
  3. КОНСТРУКТИВНО-СИЛОВІ СХЕМИ КРИЛ
  4. МОП - транзистори з індукованим каналом
  5. Визначаємо силові і кінематичні параметри приводу
  6. ОСНОВНІ ЧАСТИНИ І СИЛОВІ СХЕМИ ШАССИ
  7. польові транзистори

Сучасні силові біполярні транзистори виготовляються на основі монокристалічного кремнію. Базова осередок транзистора n-p-n-типу показана на малюнку 13.1.

Малюнок 13.1 - Структура базової комірки силового біполярного транзистора

Емітер складається з декількох частин, що дозволяє знизити опір між базою і емітером, а також рівномірно розподілити струм по всьому проводить розтину. Колектор має дві області: сильно леговану і слабо легированную. Слабо легована область робить колекторний p-n перехід широким і зсунутим в область колектора, що підвищує допустиме напруження на колекторі. Скоси на кристалі дозволяють зменшити витоку по поверхні кристала і знизити напруженість електричного поля.

Розглянемо роботу транзистора в режимі ключа, на малюнку 13.2 показана схема транзисторного ключа (а) і вихідна характеристика (b).

Малюнок 13.2 - Схема транзисторного ключа (а) і вихідна характеристика (b)

Проводячи навантажувальну пряму в системі вихідних характеристик транзистора, отримаємо дві точки, що визначають режими роботи ключа. У точці 1 транзистор закритий (режим відсічення), колекторний перехід знаходиться під зворотним, а емітерний - під прямим напругою. Часто для більш повного і швидкого закриття транзистора напруга база - емітер також роблять негативним. Струм колектора дорівнює нулю, а напруга колектор - емітер одно,,. У точці 2 транзистор знаходиться у відкритому стані (режим насичення), колекторний і емітерний переходи зміщені в прямому напрямку. У цьому випадку, струм колектора дорівнює току насичення, а напруга на колекторі дорівнює напрузі насичення,, яке зазвичай становить кілька мілівольт. Мінімальне значення струму бази, яка необхідна для того, щоб забезпечити відкритий стан транзистора, називають струмом бази насичення. Для прискорення процесу відкриття транзистора струм бази роблять більше струму бази насичення, перевищення струму бази над мінімальним значенням оцінюють ступенем насичення

 , (13.1)

яка може бути від 1,1 до 3.

Перемикання транзистора, перехід з точки 1 в точку 2 відбувається досить швидко, тобто в активній області навантажувальної прямої транзистор знаходиться мінімальний час. Потужність, що виділяється на транзисторі в точках 1 і 2, практично дорівнює нулю, витрати енергії відбуваються тільки в моменти перемикання. Процес перемикання не відбувається миттєво, на перемикання витрачається деякий час, яке визначає швидкодію ключа, тобто його здатність працювати на високих частотах. Тоді стає зрозумілим прагнення розробників підвищити швидкодію ключів.

Розглянемо перехідні процеси, які супроводжують перемикання транзистора з закритого стану у відкрите, і навпаки. Тимчасова діаграма перемикання транзистора показана на малюнку 13.3.

Малюнок 13.3 -. Перехідні процеси в транзисторному ключі

На інтервалі 0-1 на базу подано негативна напруга, транзистор закритий, режим роботи відповідає точці 1 навантажувальної прямої. У момент часу 1 на вхід подається передній фронт вхідної напруги амплітудою, починається зростання струму колектора, який відбувається за законом

 ,, (13.2)

де - гранична частота транзистора при схемі включення з загальним емітером.

Такий закон пояснюється тим, що наростання струму відбувається одночасно з накопиченням заряду в базовій області.

За інтервал часу 1-2 формується передній фронт імпульсу струму, в точці 2 струм досягає значення

 , (13.3)

з цього виразу знайдемо

 . (13.4)

З останнього виразу видно, що тривалість процесу включення зменшується зі збільшенням ступеня насичення.

Струм, досягнувши значення, залишається незмінним. Після відкриття транзистора триває процес накопичення заряду в базовій області. Цей процес можна представити як зростання струму (показаний пунктирною лінією) до деякого значення струму, яке називають уявним, тобто відповідним накопиченому заряду.

У момент часу 3 подається замикаюча напруга, але струм не змінюється, транзистор залишається відкритим ще деякий час. Це пояснюється наявністю надлишкового заряду неосновних носіїв в базовій області, за рахунок якого транзистор утримується у відкритому стані. Негативне вхідна напруга призводить до зміни напрямку базового струму, однак, заряд миттєво змінитися не може, він зменшується по експоненті до моменту часу 4. У цій точці він відповідає току. Інтервал часу 3-4 називають часом розсмоктування неосновних носіїв у базовій області, його можна визначити з рівняння

 . (13.5)

З моменту часу 4 починається процес виключення транзистора, тривалість якого залежить від струму розряду

 . (13.6)

Збільшення швидкодії ключа на біполярному транзисторі пов'язано з протиріччям. Для зменшення включення необхідно збільшувати ступінь насичення S, Проте це призведе до збільшення часу розсмоктування неосновних носіїв.

Ця проблема вирішується шляхом формування вхідного сигналу спеціальної форми (рисунок 13.4).

Малюнок 13.4 - Форма вхідного сигналу

На інтервалі часу створюється струм бази, що призводить до швидкого відкриття транзистора, потім струм зменшують до значення.

Транзистор залишається відкритим, але накопичення надлишкового заряду не відбувається, таким чином, час розсмоктування зводиться до нуля. Досить часто, імпульси такої форми використовуються і для управління тиристорами. Невеликий струм в ланцюзі керуючого електрода підтримують тиристор у відкритому стані, виключаючи збої в роботі силової схеми.

Переваги ключів на біполярному транзисторі:

1. Мале залишкову напругу на відкритому ключі, напруга насичення становить частки вольт і не залежить від струму.

2. Потужність, що розсіюється на відкритому ключі, при, практично лінійно залежить від струму насичення.

Недоліки ключів на біполярному транзисторі:

1. Мале швидкодію через ефект розсмоктування неосновних носіїв в області бази.

2. Значна потужність витрачається на управління транзисторним ключем. Коефіцієнт передачі по струму потужного транзистора не перевищує десяти (), що вимагає значного струму в керуючої ланцюга.

Область застосування обмежена діапазоном середніх потужностей (600 В, = 50 А 20 кГц), використовується в перетворювачах DC / DC та AC / DC.

 



лекція 13 | Силові ключі на МОП транзисторах

Біполярні транзистори з ізольованим затвором | які замикаються тиристори | Області застосування силових ключів |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати