Последовательное соединение транзисторов: особенности и применение

В этой схеме добавлены резисторы R1 и R2 для выравнивания напряжений на транзисторах T1 и T2. Это обеспечивает более стабильную работу в линейном режиме.

Проблемы и их решения при последовательном соединении

При реализации схем с последовательным включением транзисторов могут возникнуть следующие проблемы:

• Неравномерное распределение напряжения между транзисторами
• Различия в скорости переключения
• Паразитные колебания
• Сложности с обеспечением одновременного управления

Для решения этих проблем применяются следующие методы:

1. Использование выравнивающих резисторов или стабилитронов
2. Применение снабберных цепей для подавления колебаний
3. Тщательный подбор транзисторов с близкими характеристиками
4. Разработка специальных схем управления затворами (для полевых транзисторов)

Правильное применение этих методов позволяет создать надежную и эффективную схему с последовательным соединением транзисторов.

Перспективы развития технологии

Технология последовательного соединения транзисторов продолжает развиваться. Основные направления совершенствования включают:

• Разработку специализированных драйверов управления
• Создание интегральных схем с встроенным последовательным соединением
• Применение новых материалов для улучшения характеристик
• Оптимизацию топологии для минимизации паразитных эффектов

Эти разработки позволят расширить область применения последовательного соединения транзисторов и повысить эффективность устройств на их основе.

Заключение

Последовательное соединение транзисторов является мощным инструментом для создания высоковольтных и высокочастотных электронных устройств. При правильном применении эта технология позволяет достичь характеристик, недоступных при использовании одиночных транзисторов. Однако реализация таких схем требует глубокого понимания процессов и тщательного проектирования. С развитием технологий можно ожидать дальнейшего расширения возможностей и областей применения последовательного соединения транзисторов.

Последовательное соединение — транзистор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Последовательное соединение — транзистор

Cтраница 1

Последовательное соединение транзисторов, управляемых сигналами, выдаваемыми триггерами, позволяет использовать один и тот же транзистор, чтобы получить два произведения двух переменных, в которых одна переменная входит общим множителем. Это свойство позволяет экономить элементы.  [1]

Применение последовательного соединения транзисторов в первую очередь позволяет значительно снизить проводимость внутренней обратной связи ( Л12, у12) между входом и выходом схемы, что особенно существенно в области повышенных частот, когда начинает сказываться влияние емкости перехода коллектор-база.  [3]

Так как непосредственное последовательное соединение транзисторов представляет определенные трудности ( подробнее — см. § 11 — 4), при повышенных напряжениях питания предпочтительней применение мостовой или полумостовой схемы.  [6]

В случае последовательного соединения транзисторов ток, определяемый выражением ( 1), течет при включении только в базу одного транзистора.  [7]

Следовательно, схема с последовательным соединением транзисторов в зависимости от системы задания логических переменных обеспечивает реализацию двух операций.  [9]

На рис. 6.52 показан трюк с последовательным соединением транзисторов для увеличения напряжения пробоя. Транзистор 7 — i управляет последовательно соединенными транзисторами Т2 — Т4, которые делят между собой большое напряжение между коллектором Т2 и выходом. Одинаковые базовые резисторы выбираются достаточно мальгми, чтобы обеспечить полный выходной ток транзисторов. Заметьте, что резисторы смещения дают некоторый выходной ток, даже когда транзисторы выключены, поэтому должна быть минимальная нагрузка на землю для того, чтобы предотвратить подъем выходного напряжения выше стабилизированного уровня.  [11]

Инвертор выполнен по трехфазной мостовой схеме с последовательным соединением транзисторов по четыре в одном плече моста. Для равномерного распределения напряжения между транзисторами при их закрытом состоянии каждый из них шунтирован сопротивлением Rm; величина Rm принимается равной.  [12]

Логическая схема ИЛИ может быть также построена с последовательным соединением транзисторов.  [13]

ВВА-схемы так же, как и однотактной АПН-схемы, позволяет исключить последовательное соединение транзисторов или ячеек ПРПА-схемы и поэтому является технически оправданным, несмотря на увеличенную массу основных элементов. При выборе между ПРПА — и ВВА-схемами следует учитывать также некоторое усложнение устройства управления ВВА-схемой в случае регулируемых преобразователей ( см. гл.  [14]

Страницы:      1    2    3

Последовательное соединение полевых транзисторов схема

Последовательное соединение – транзистор

Последовательное соединение транзисторов , управляемых сигналами, выдаваемыми триггерами, позволяет использовать один и тот же транзистор, чтобы получить два произведения двух переменных, в которых одна переменная входит общим множителем. Это свойство позволяет экономить элементы. [1]

Применение последовательного соединения транзисторов в первую очередь позволяет значительно снизить проводимость внутренней обратной связи ( Л12, у12) между входом и выходом схемы, что особенно существенно в области повышенных частот, когда начинает сказываться влияние емкости перехода коллектор-база. [3]

При последовательном соединении транзисторов в запертом состоянии схемы через сопротивление RK проходит только ток / к обр в отличие от схемы с параллельным включением сопротивления транзисторов, где через RK проходит m токов / к. [5]

Так как непосредственное последовательное соединение транзисторов представляет определенные трудности ( подробнее – см. § 11 – 4), при повышенных напряжениях питания предпочтительней применение мостовой или полумостовой схемы. [6]

В случае последовательного соединения транзисторов ток, определяемый выражением ( 1), течет при включении только в базу одного транзистора. [7]

Следовательно, схема с последовательным соединением транзисторов в зависимости от системы задания логических переменных обеспечивает реализацию двух операций. [9]

На рис. 6.52 показан трюк с последовательным соединением транзисторов для увеличения напряжения пробоя. Транзистор 7 – i управляет последовательно соединенными транзисторами Т2 – Т4, которые делят между собой большое напряжение между коллектором Т2 и выходом. Одинаковые базовые резисторы выбираются достаточно мальгми, чтобы обеспечить полный выходной ток транзисторов. Заметьте, что резисторы смещения дают некоторый выходной ток, даже когда транзисторы выключены, поэтому должна быть минимальная нагрузка на землю для того, чтобы предотвратить подъем выходного напряжения выше стабилизированного уровня. [11]

Инвертор выполнен по трехфазной мостовой схеме с последовательным соединением транзисторов по четыре в одном плече моста. Для равномерного распределения напряжения между транзисторами при их закрытом состоянии каждый из них шунтирован сопротивлением Rm; величина Rm принимается равной. [12]

Логическая схема ИЛИ может быть также построена с последовательным соединением транзисторов . [13]

ВВА-схемы так же, как и однотактной АПН-схемы, позволяет исключить последовательное соединение транзисторов или ячеек ПРПА-схемы и поэтому является технически оправданным, несмотря на увеличенную массу основных элементов. При выборе между ПРПА – и ВВА-схемами следует учитывать также некоторое усложнение устройства управления ВВА-схемой в случае регулируемых преобразователей ( см. гл. [14]

Одним из наиболее распространенных требований при доработке источ­ников питания является увеличение выходного тока или мощности. Часто это может быть связано со стоимостью и трудностями при проектирова­нии и изготовлении нового источника. Рассмотрим несколько способов увеличения выходной мощности существующих источников.

Первое, что вообще приходит на ум, — параллельное включение мощных транзисторов. В линейном стабилизаторе это относилось бы к проходным транзисторам или, в некоторых случаях, к параллельным стабилизирующим транзисторам. В таких источниках простое соедине­ние одноименных выводов транзисторов обычно не дает практических результатов из-за неравномерного распределения тока между транзисто­рами. При повышении рабочей температуры неравномерное распределе­ние нагрузки становится еще большим до тех пор, пока практически весь ток нафузки не потечет через один из транзисторов. Предложен­ный вариант может быть реализован при условии, что параллельно со­единенные транзисторы имеют совершенно идентичные характеристики и работают при одинаковой температуре. Такое условие практически не реализуемо из-за относительно больших разбросов в характеристиках биполярных транзисторов.

С другой стороны, если в линейном стабилизаторе используются мощные МОП-транзисторы, простое их запараллеливание работать бу­дет, потому что эти устройства имеют температурные коэффициенты другого знака по сравнению с мощными биполярными транзисторами и не будут подвергаться сильному нафеву или перераспределению тока. Но МОП-транзисторы использовались чаще в ИИП, чем в линейных стабилизаторах (наше рассмотрение этих не импульсных стабилизаторов дает некоторое понимание проблем параллельного включения транзис­торов и в импульсных стабилизаторах).

Рис. 17.24 показывает, как осуществлять параллельное включение транзисторов в линейном или импульсном источнике питания. Резисто­ры с небольшим сопротивлением, включенные в цепи эмиттеров бипо­лярных транзисторов, обеспечивают индивидуальное смещение между базой и эмиттером, что препятствует возможности увеличения доли тока, протекающего через какой-либо из транзисторов. Хотя примене­ние этих так называемых балластных эмиттерных резисторов очень эффективно при опасном перераспределении токов или повышении тем­пературы, следует использовать самое минимальное сопротивление ре­зисторов, которое достаточно для этой цели. В противном случае будет рассеиваться заметная мощность, что особенно нежелательно в импуль­сных стабилизаторах, где основным достоинством является высокий к.п.д. Не удивительно поэтому, что балластные эмиттерные резисторы имеют сопротивления порядка 0,1 Ома, 0,05 Ома или меньше, а факти­ческая величина будет, конечно, зависеть прежде всего от тока эмиттера конкретного источника. В качестве оценки можно принять величину 1//, где / – максимальный ток эмиттер (или коллектора).

Вместо эмиттерных резисторов, иногда можно выравнить распреде­ление тока в параллельно соединенных биполярных транзисторах, включая несколько более высокоомные резисторы в цепь базы. Они обычно имеют сопротивление от 1 до 10 Ом. Хотя полное рассеяние мощности в этом случае меньше, но эффективность ниже, чем при ис­пользовании эмиттерных резисторов.

Рис. 17.24. Способ параллельного включения мощных биполярных транзисторов. Любая попытка отдельного транзистора пропускать больший ток или перегреться предотвращается благодаря напряжению смещения на его эмиттерном резисторе.

В импульсном стабилизаторе недостаточно просто позаботиться о распределении тока в описанных статических условиях; во внимание не­обходимо также принять динамику процесса переключения. Это требует большего внимания к согласованности транзисторных характеристик. Практически обнаружено, что два мощных транзистора одного и того же типа и названия могут вести себя при переключении по-разному, один из них может быть несколько медленнее, чем другой. Хотя опасность такого расхождения можно свести на нет введением балластных эмит­терных резисторов, их сопротивления, возможно, придется выбирать до­статочно высокими по сравнению со случаем, когда характеристики транзисторов близки. Однако даже если динамические характеристики отдельных транзисторов в параллельном соединении достаточно близки.

влияние неравной длины проводников или неидентичная разводка могут вызывать существенные различия в рассеиваемой мощности.

Чаще всего оказывается, что можно удвоить выходную мощность, соединив параллельно два биполярных транзистора и, скорее всего, не потребуется модернизировать задающий каскад. Однако в других случа­ях, вероятно, будет необходим больший ток от задающего устройства. Таким образом, при трех, четырех или большем числе выходных транзи­сторов в задающем каскаде также потребуется параллельное соединение транзисторов. Иногда оказывается, что в задающем устройстве целесо­образнее применить транзистор с большей номинальной мощностью.

Мощные МОП-транзисторы можно включать параллельно без балласт­ных резисторов. Часто четыре или больше таких транзисторов могут рабо­тать от задающего каскада, который работал с одним транзистором. Однако метод, показанный на рис. 17.25, рекомендуется для предупреждения пара­зитных колебаний в диапазоне метровых и дециметровых волн. С феррито-выми бусинками может потребоваться некоторое экспериментирование. Ча­сто эффективное затухание обеспечивается введением двух или трех витков провода. Другой метод предлагает использовать небольшие пленочные рези-стсфы с сопротивлением от 100 до 1000 Ом в цепи затвора. Стабилитроны, показанные на рис. 17.25, включены в структуры специально разработанных МОП-транзисторов. Другие МОП-транзисторы не имеют такой защиты зат­вора, но метод параллельного включения остается тем же самым.

Рис. 17.25. Способ параллельного включения мощных МОП-тран­зисторов. Это простой путь увеличить нагрузочную способность по току как импульсных, так и линейных стабилизаторов. Ферритовая бусинка в цепи затвора подавляет высокочастотную паразитную гене­рацию. Стабилитроны находятся внутри транзисторов. Siliconix.

Мощный импульсный каскад на МОП-транзисторе может применяться также в последовательной схеме, чтобы обеспечить более высокое напря­жение на выходе. Схема такого устройства изображена на рис. 17.26 для двух транзисторов, но их количество может быть и больше. Интересной чертой этого метода является то, что входной сигнал подается только на один МОП-транзистор. Происходит это потому, что на затворе другого

МОП-траНзистора имеется напряжение +15 В относительно земли; этот МОП-транзистор готов проводить, как только цепь его истока оказывается замкнутой запускаемым МОП-транзистором. Такая конструкция позволяет удвоить мощность, подводимую к нагрузке по сравнению с той которую можно получить от одного МОП-Транзистора; в то же самое время каждый МОП-транзистор работает в пределах номинального напряжения между стоком и истоком. /?С-цепь в цепи затвора верхнего МОП-транзистора осу­ществляет динамическую балансировку напряжений на затворах двух МОП-транзисторов. В первом приближении RC должно равняться В2С2,

Рис. 17.26. Последовательное соединение мощных МОП-транзисторов для удвоенного рабочего напряжения. Этот метод можно распрост­ранить на большее число мощных МОП-транзисторов. Обратите вни­мание, что сигнал запуска поступает только на один затвор. Хотя пока­занный специализированный мощный МОП-транзистор имеет внутренний стабилитрон, большинство других его не имеют. Siliconex.

Поскольку появились мощные высоковольтные МОП-транзисторы, последовательная конфигурация не используется как раньше, когда эти транзисторы только стали конкурентоспособными с биполярными тран­зисторами. Кроме того, свойственная им легкость работы в параллель­ном режиме исключает трудности при расчете схем. Параллельная кон­фигурация проще в реализации, потому что легче обеспечить одинаковые температурные условия, которые требуется в обеих схемах для опти­мальной работы. Последовательный вариант может быть выбран в сис­темах, где постоянное рабочее напряжение превышает номинальное значение для одного МОП-транзистора.

Мало того, что некоторые мощные МОП-транзисторы содержат во входной цепи эквивалент стабилитрона для защиты затвора, изготовите­ли этих устройств могут включить в выходную цепь «фиксирующий» диод. По этой причине во многих ИИП и схемах управления двигателя­ми, использующих мощные МОП-транзисторы не включают обычный фиксирующий диод, который используется в схеме с биполярным тран­зистором. Это можно отнести к дополнительным достоинствам, так как уменьшается число используемых компонент и снижается стоимость. Когда для увеличения допустимой мощности применяется параллельное соединение, это может быть особенно существенно, потому что не тре­буется рассчитанного на большие токи, дорогого «внешнего» диода. Однако следует изучить технические условия изготовителя, чтобы уста­новить, подходит ли для конкретного применения используемое устрой­ство. В некоторых случаях может понадобиться внешний диод Шотки или диод с малым временем восстановления, чтобы обеспечить очень высокую скорость переключения индуктивных нагрузок.

Способ повышения выходной мощности с использованием комплемен­тарных транзисторов уже упоминался на примере биполярных транзисто­ров (рис. 2.8 и 2.12). До недавнего времени простые схемы и хорошие ха­рактеристики этого метода были доступны только при использовании биполярных мощных транзисторов, где имелись согласованные пары прп и рпр транзисторов.-канальных МОП-транзисторов. Поэтому можно ожидать, что дру­гие компании скоро будут торговать устройствами, содержащими пару комплементарных МОП-транзисторов для импульсных применений.

Еще одна схема, в которой складываются мощности, показана на рис. 17.27. Здесь выходы идентичных выходных каскадов соединены последова­тельно, что позволяет эффективно объединять возможности транзисторов без применения балластных резисторов. Это прекрасный способ обойтись без мощных транзисторов, работающих с более высокими напряжениями или номинальными токами, – такие устройства могут быть или недоступ­ны или очень дороги. Это устройство лучше рассмотреть на начальном этапе конструирования инвертора или стабилизированного источника, тогда будет легко определить входные и выходные обмотки трансформа­торов. Фазирование вторичных обмоток выходных трансформаторов дол­жно быть таким, чтобы выходные напряжения складывались. Относитель­но легко получить равный вклад токов от мощных транзисторов и хорошо, если все транзисторы работают при одной и той же температуре. Обычно это достигается путем применения общего радиатора. В этом от­ношении схема с общим коллектором, а не показанная на рисунке схема с общим эмиттером, более предпочтительна, поскольку не требуется ни­какой изоляции между корпусом транзистора и радиатором.

Рис. 17.27. Схема удвоения выходной мощности инвертора или им­пульсного стабилизатора. Этот метод не требует дорогих или недо­ступных высоковольтных или предназначенных для работы при больших токах транзисторов. В отличие от схем с параллельным включением транзисторов здесь не требуются балластные резисторы, рассеивающие мощность.

К недостаткам этого метода можно отнести высокую стоимость, а также увеличенные габариты и вес. Это справедливо потому, что два трансформатора дороже, чем один, имеющий вдвое большую номиналь­ную мощность. Габариты двух трансформаторов будут, как правило, превышать размеры одного трансформатора той же мощности. Суще­ственны или нет эти факторы зависит, конечно, от конкретных обстоя­тельств, связанных с особенностями системы.

Хотя на рис. 17.27 показаны два выходных каскада, объединять можно и большее число каскадов. Но основную идею, предлагаемую здесь, не сле­дует путать с вариантом, показанным на рис. 2.10, где используется один выходной трансформатор, а пары выходных транзисторов соединены пос­ледовательно по отношению к источнику постоянного напряжения. Схема на рис. 17.27 предпочтительнее для инверторов с внешним возбуждением и ИИП, а схема на рис. 2-10 лучше подходит для реализации инвертора с на­сыщаемым сердечником. В схеме, приведенной на рис. 17.27, можно ис­пользовать один сердечник для всех входных трансформаторов и один для выходных. Конечно, это так, однако использование отдельных трансфор­маторов, как показано на рисунке, представляется наиболее разумным для испытаний, оценки возможностей, измерения и эксплуатации.

Примером гибкости схемы на рис. 17.27 является возможность исполь­зовать в качестве одной из пар мощные /?/7/?-транзисторы. Хотя это не при­водит к схеме с комплементарными транзисторами в обычном смысле, но в некоторых случаях оказывается проще получить требуемую суммарную мощность. По переменному току функционирование схемы не изменилось.

Интересный способ удвоить выходной ток и, поэтому, выходную мощность одно-транзисторного импульсного стабилизатора, показан на рис. 17.28. Сигнал на дополнительный переключающий транзистор Q2 поступает со сдвигом на 180** по отношению к сигналу, поступающему на основной транзистор Q. Этот сдвиг фазы осуществляется с помо­щью трансформатора 71. Хотя отношение числа витков первичной и вторичной обмоток можно взять равным 1, низкие входные сопротив­ления транзисторов обычно требуют для получения оптимальных ре­зультатов использовать понижающий трансформатор. В этом случае вторичная обмотка с отводом от середины обеспечит более низкое на­пряжение на базе каждого транзистора, чем имеющееся на первичной обмотке. (Это, кроме того, снижает вероятность обратного пробоя эмиттерных переходов транзисторов. Полезным может оказаться вклю­чение в цепь базы (на рисунке не показано) резистора с малым сопро­тивлением.)

Потребуется также катушка индуктивности L2 аналогичная катуш­ке L, Дополнительный «фиксирующий» диод D2 идентичен диоду D. Удвоение выходного тока стабилизатора не единственное, что дает до­полнительный переключающий транзистор. В этой схеме удваивается частота пульсаций и вдвое уменьшается их амплитуда. Таким образом, с прежней емкостью выходного конденсатора С1 на выходе стабилиза­тора имеем более чистое постоянное напряжение. Другой вариант со­стоит в том, чтобы сохранить характеристики одно-транзисторной схе­мы, уменьшая емкость конденсатора С1. Этот вариант позволяет несколько сократить габариты и стоимость. Если следовать этой мето­дике на начальной стадии проектирования, то можно выбрать менее дорогие переключающие транзисторы, потому что каждый должен бу­дет переключаться с частотой, равной половине частоты пульсаций на выходе.

Рис. 17.28. Метод удвоения выходного тока импульсного стабили­затора. Этот метод обеспечивает не только увеличение выходной мощ­ности, но и уменьшает пульсации выходного напряжения. (А) Упро­щенная схема обычного импульсного стабилизатора. (В) Моди­фицированная схема для удвоения выходного тока.

Чтобы воспользоваться достоинствами этой схемы, нестабилизиро­ванный источник постоянного напряжения должен, конечно, обеспечи­вать ток, вдвое больший требуемого для одно-транзисторного стабили­затора. Схемы на рис. 17.28 А и В представляют собой стабилизаторы с внешним возбуждающим сигналом, имеющим фиксированную частоту. Если применять этот метод в автоколебательном стабилизаторе, то мо­гут встретиться некоторые трудности и, естественно, потребуется экспе­риментальная доводка. Связано это с тем, что частота пульсаций, ис­пользуемых в цепи обратной связи, вдвое выше частоты переключений.

Все своими руками Параллельное включение транзисторов

     Одним из наиболее распространенных требований при разработке или доработке источников питания является увеличение его выходного тока.

В таких источниках простое соединение одноименных выводов транзисторов обычно не дает практических результатов из-за неравномерного распределения тока между транзисторами. При повышении рабочей температуры неравномерное распределение тока между транзисторами становится еще большим до тех пор, пока практически весь ток нагрузки не потечет через один из транзисторов.

Предложенный вариант на рисунке 1 может быть реализован при условии, что параллельно соединенные транзисторы имеют совершенно идентичные характеристики и работают при одинаковой температуре. Такое условие практически не реализуемо из-за относительно больших разбросов характеристик биполярных транзисторов. Рис. 2 показывает, как осуществлять параллельное включение транзисторов в линейном источнике питания. При таком включении нужно стремиться использовать транзисторы с близкими параметрами Вст. Транзисторы большой мощности при этом должны устанавливаться на один теплоотвод. Для дополнительного выравнивания токов в данной схеме в цепях эмиттеров применены резисторы R1 и R2. Сопротивление резисторов следует выбирать исходя из падения напряжения на них в интервале рабочих токов, около 1 вольта или, по крайней мере, — не менее 0,7 вольта. Данная схема должна применяться с большой осторожностью, так как даже транзисторы одного типа и из одной партии выпуска имеют очень большой разброс по параметрам. Выход из строя одного из транзисторов неизбежно приведет к выходу из строя и других транзисторов в цепочке. При параллельном включении двух транзисторов максимальный суммарный ток коллектора не должен превышать 150 процентов от предельного тока коллектора одного из транзисторов! Количество транзисторов, включенных по этой схеме, может быть сколько угодно большим — все зависит от степени необходимой надежности устройств, в которых применяется такое включение транзисторов и допустимого КПД всего устройства, так как на резисторах выделяется отнюдь не маленькая тепловая мощность. На схемах нарисованы р-n-p транзисторы, естественно все сказанное будет справедливо и для n-p-n транзисторов.

     Статический коэффициент усиления по току такого каскада равен коэффициенту усиления одного транзистора, так как общий ток управления равномерно распределяется между базами транзисторов. Значительно большее усиление можно получить, если включить транзисторы по схеме, показанной на рис. 3. Такое включение транзисторов напоминает известный составной транзистор, но отличается от него наличием резистора R, подбираемого экспериментально. Правильно выбранное сопротивление R обеспечивает равномерное распределение общего тока коллектора между транзисторами при одновременном увеличении общего коэффициента усиления. Увеличение коэффициента усиления объясняется тем, что весь ток управления сначала усиливается транзистором VT1, а затем часть тока эмиттера этого транзистора дополнительно усиливается транзистором VT2. Преимущества включения двух транзисторов по схеме рис. 3 были выявлены при сравнительной экспериментальной проверке обоих вариантов схем. Обе схемы были поочередно собраны на одних и тех же экземплярах транзисторов П217В. Общий ток коллектора устанавливался равным 2 А в обоих случаях. В случае параллельного включения транзисторов, (рис. 2) равномерное распределение тока между транзисторами, было достигнуто при сопротивление резисторов R1 и R2 равном 0,69 Ом. При этом ток базы равнялся 44 мА, напряжение между эмиттером и коллектором — 4В. Во втором случае (рис. 3) равномерное распределение тока между транзисторами удалось получить при сопротивлении резистора R, равное 0,2 Ом, а то же напряжение между эмиттером и коллектором (4В) — при токе базы 20 мА. Таким образом, схема рис. 3 имеет вдвое больший статический коэффициент усиления и обладает более высоким КПД. Такая схема может быть использована и для соединения транзисторов с различными видами приводимости (рис. 4), что невозможно осуществить при включении транзисторов по схеме рис. 2. Усилитель по схеме рис. 4 был собран на транзисторах П306 и П701. Общий ток устанавливался равным 0.4 а. Сопротивление резистора R равно 8 ОМ. При токе базы, равном 7 мА, напряжение между эмиттером и коллектором составило 7В.
Используемые информационные источники
1. http://radiocon-net.narod.ru/page16.htm
2. РАДИО № 5 1972г

Обсудить эту статью на — форуме «Радиоэлектроника, вопросы и ответы».

Просмотров:37 765

Схема последовательного соединения птуп-транзисторов

Данное изобретение относится к области электронной схемотехники, в частности к переключающему устройству с последовательным соединением ПТУП-транзисторов (полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом), тип которого указан в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Уровень техники

В качестве силовых выключателей или переключающих устройств, рассчитанных на работу при высоких напряжениях, можно использовать электронные коммутационные устройства с каскадным или последовательным включением транзисторов. В патентных документах, например, US 6822842 и DE 19926109 такие переключающие устройства называют каскодными схемами. Эти схемы основаны на особом соединении МОП-транзистора М и по меньшей мере одного ПТУП-транзистора J_i (см. фиг.1). Переключатели подсоединяются между первым выводом 1 и вторым выводом 2 и управляются через управляющий вывод 7 МОП-транзистора М. В таком переключающем устройстве, рассчитанном на работу при высоких напряжениях и основанном на каскодной схеме, предусматривают использование нескольких последовательно включенных ПТУП-транзисторов J₂…J_j, чтобы за счет этого достичь высокого запирающего напряжения. При этом чтобы обеспечить защиту указанных ПТУП-транзисторов, к выводам затворов этих транзисторов подсоединяют диоды, а именно защитные диоды D₁-D₅, работающие в запирающем режиме. Защитные диоды соединяют между собой выводы затворов ПТУП-транзисторов, или говоря другими словами, каждый из них подсоединен между соответствующим выводом затвора и общим выводом 1, имеющим потенциал земли, с которым также соединен МОП-транзистор. Принцип действия защитных диодов D₁-D₅ для защиты ПТУП-транзисторов раскрыт в патенте US 6822842.

Из-за разной или слишком высокой емкости перехода защитных диодов D₁-D₅ на ПТУП-транзисторах может возникнуть неравномерное распределение запирающего напряжения. В частности, на самом верхнем ПТУП-транзисторе J₆ (см. фиг.1) присутствует емкость, отличающаяся от емкостей, имеющихся на выводах затворов нижних ПТУП-транзисторов. Такая неодинаковая нагрузка выводов затворов может сильно повлиять на динамическое распределение запирающего напряжения и привести к тому, что самый верхний транзистор возьмет на себя все напряжение между выводами, и в самом неблагоприятном случае он даже может разрушиться.

Сущность изобретения

В связи с вышесказанным задача данного изобретения заключается в том, чтобы создать такое переключающее устройство с последовательным соединением ПТУП-транзисторов вышеназванного типа, которое лишено перечисленных недостатков.

Эта задача решена путем разработки переключающего устройства с последовательным включением ПТУП-транзисторов, характеризующегося признаками пункта 1 формулы изобретения.

Предложенное переключающее устройство для переключения тока между первым выводом и вторым выводом содержит по меньшей мере два последовательно соединенных ПТУП-транзистора, из которых самый нижний ПТУП-транзистор соединен с первым выводом или соединен с первым выводом через последовательно включенные управляющие выключатели. Имеется по меньшей мере один дополнительный ПТУП-транзистор, последовательно соединенный с самым нижним ПТУП-транзистором, причем ПТУП-транзистор, наиболее удаленный от самого нижнего ПТУП-транзистора и называемый самым верхним ПТУП-транзистором, через свой вывод стока соединен с указанным вторым выводом. Между выводами затворов ПТУП-транзисторов и первым выводом подключена стабилизирующая схема для стабилизации напряжения затворов ПТУП-транзисторов. При этом между выводом затвора самого верхнего ПТУП-транзистора и вторым выводом подключена дополнительная схема, которая подтягивает потенциал на выводе затвора самого верхнего ПТУП-транзистора к потенциалу на выводе стока этого транзистора и уменьшает разность потенциалов.

Благодаря этому при включенном самом верхнем ПТУП-транзисторе напряжение на затворе поддерживается на уровне, немного превышающем или предпочтительно равном напряжению на выводе истока. В результате, при выключении самый верхний ПТУП-транзистор остается во включенном состоянии дольше, чем без дополнительной схемы. Благодаря этому обстоятельству предотвращается ситуация, при которой все напряжение между первым и вторым выводом приходится на самый верхний ПТУП-транзистор.

При помощи цепи, содержащей стабилизирующую схему и дополнительную схему, вышерасположенные ПТУП-транзисторы при выключении выключаются медленнее, а включаются быстрее, чем нижерасположенные ПТУП-транзисторы, и предпочтительно имеют синхронные моменты включения.

Таким образом, благодаря всей цепи, состоящей из стабилизирующей схемы и дополнительной схемы, балансируется и стабилизируется динамическое распределение запирающего напряжения силового выключателя, основанного на последовательно включенных транзисторах.

Вообще говоря, стабилизирующая схема может для каждого ПТУП-транзистора сама по себе отводить задаваемый ток между выводом его затвора и первым выводом. Дополнительная схема вместе со стабилизирующей схемой создает симметричную нагрузку по напряжению для выводов затворов последовательно включенных ПТУП-транзисторов.

Схему последовательного соединения ПТУП-транзисторов можно реализовать с обеспечением управления самого нижнего ПТУП-транзистора по каскодной схеме. При этом схема последовательного соединения содержит управляющий выключатель, например, МОП-транзистор, подключенный между первым выводом и самым нижним ПТУП-транзистором. В альтернативном случае ПТУП-транзисторами можно управлять по-другому, например, при помощи схемы управления, воздействующей непосредственно на вывод затвора самого нижнего ПТУП-транзистора.

Временную характеристику пассивного управления самым верхним ПТУП-транзистором, если управление осуществляется посредством одного или нескольких дополнительных диодов, можно регулировать, изменяя общую емкость переходов этих последовательно включенных дополнительных диодов. Емкость переходов можно регулировать, меняя количество последовательно включенных дополнительных диодов и/или параметры отдельных дополнительных диодов. Общее запирающее напряжение или напряжение пробоя одного или нескольких диодов между стоком и затвором самого верхнего ПТУП-транзистора выбирают так, чтобы оно было по меньшей мере приблизительно равно соответствующим значениям для остальных ПТУП-транзисторов.

В еще одном предпочтительном варианте изобретения емкость переходов дополнительных диодов поддерживают небольшой, вместо этого посредством отдельных элементов, например конденсаторов, регулируют емкость между вторым выводом и затвором самого верхнего ПТУП-транзистора (а также остальных ПТУП-транзисторов). Благодаря такой дополнительной симметризирующей схеме можно оптимизировать и ускорить переходные процессы при переключении. Соответственно, симметризирующая схема имеет RC-цепочку, расположенную между затворами ПТУП-транзисторов и первым выводом. Например, затворы каждых следующих друг за другом ПТУП-транзисторов соединены через последовательно включенный резистор и дополнительный конденсатор, а затвор самого верхнего ПТУП-транзистора посредством дополнительной RC-цепочки, предпочтительно той же структуры, соединен со вторым выводом.

В другом предпочтительном варианте изобретения затвор каждого ПТУП-транзистора, за исключением самого нижнего ПТУП-транзистора, посредством последовательно подключенных резистора и конденсатора соединен с первым выводом, при этом затвор самого верхнего ПТУП-транзистора соединен со вторым выводом посредством дополнительной схемы, предпочтительно дополнительной RC-цепочки, состоящей из последовательно соединенных резистора и дополнительного конденсатора.

В еще одном предпочтительном варианте изобретения затвор каждого ПТУП-транзистора, за исключением самого нижнего ПТУП-транзистора, посредством последовательно включенных резистора и конденсатора соединен с первым выводом, при этом затворы ПТУП-транзисторов посредством одного или нескольких диодов соединены со вторым выводом. Кроме того, затвор самого верхнего ПТУП-транзистора соединен со вторым выводом посредством дополнительной схемы, предпочтительно дополнительной RC-цепочки, состоящей из последовательно соединенных резистора и дополнительного конденсатора.

В других предпочтительных вариантах изобретения предусмотрен резистор для демпфирования, который используется не для каждого из конденсаторов (или для дополнительного конденсатора), а только для одного или нескольких конденсаторов, предпочтительно в вышерасположенных ПТУП-транзисторах.

В принципе в симметризирующей схеме возможно также параллельное включение резисторов и конденсаторов, однако такая конфигурация сопряжена со статическими потерями вследствие возникающего статичного делителя напряжения.

Симметризирующая схема предпочтительно выполнена таким образом, что переходные процессы, возникающие в этой схеме при переключении, в самом верхнем ПТУП-транзисторе имеют наименьшую постоянную времени, а в самом нижнем ПТУП-транзисторе имеют наибольшую постоянную времени. Соответственно емкость дополнительной RC-цепочки (или дополнительной емкостной цепочки) меньше емкости самой нижней RC-цепочки (или дополнительной емкостной цепочки), соединенной с затвором самого нижнего ПТУП-транзистора. Предпочтительно емкость промежуточных RC-цепочек или емкостных цепочек постепенно уменьшается сверху вниз. Благодаря взаимодействию симметризирующей схемы со стабилизирующей схемой переходные процессы в затворах ПТУП-транзисторов имеют сбалансированные постоянные времени.

В результате по сравнению со схемой без симметризирующей цепи при выключении транзисторов или ПТУП-транзисторов потенциал вывода затвора в вышерасположенных ПТУП-транзисторов достигает напряжения отсечки относительно соответствующего вывода истока в течение более длительного времени. Вследствие этого верхние ПТУП-транзисторы остаются включенными в течение более длительного времени, чем нижние ПТУП-транзисторы, и соответственно, верхние ПТУП-транзисторы выключаются медленнее. Наоборот, при включении верхние ПТУП-транзисторы включаются быстрее, чем без дополнительной схемы и симметризирующей схемы. В идеальном случае обеспечивается совершенно синхронное включение и выключение всех ПТУП-транзисторов.

Благодаря соответствующему выполнению симметризирующей схемы временные характеристики процессов, протекающих в отдельных переключателях, согласованы друг с другом, так что рассматриваемое переключающее устройство в целом обладает максимально сбалансированными характеристиками, то есть оно обеспечивает как можно более одновременное переключение отдельных ПТУП-транзисторов.

В еще одном варианте изобретения управляющий выключатель, например, МОП-транзистор, работает в линейном режиме. В результате обеспечивается демпфирование колебаний, возникающих из-за емкости перехода.

Таким образом, вместе с дополнительной схемой и симметризирующей схемой стабилизирующая схема образует между первым и вторым выводом динамический делитель напряжения, который при коммутационных процессах выравнивает нагрузку ПТУП-транзисторов по напряжению. По сравнению с известными силовыми выключателями или переключающими устройствами, предназначенными для переключения высоких рабочих напряжений, балансировка динамичной нагрузки транзисторов по запирающему напряжению существенно улучшается благодаря добавлению дополнительной схемы, например, дополнительных диодов. Кроме того, в предпочтительном варианте изобретения ее можно целенаправленно оптимизировать при помощи RC-цепей.

Остальные предпочтительные варианты изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение описано более подробно на примере предпочтительных вариантов его осуществления, проиллюстрированных приложенными чертежами, из которых:

фиг.1 изображает схему последовательного соединения ПТУП-транзисторов, соответствующую известному уровню техники;

фиг.2 иллюстрирует первый вариант изобретения;

фиг.3 иллюстрирует второй вариант изобретения;

фиг.4 иллюстрирует еще один вариант изобретения.

Номера позиций, используемых на чертежах, и соответствующие им значения указаны в перечне ссылочных обозначений. При этом одинаковые элементы обозначены на чертежах одинаковыми номерами позиций.

Варианты изобретения

На фиг.1 представлено переключающее устройство высокого рабочего напряжения. Оно содержит каскодную схему соединения МОП-транзистора М с первым или самым нижним ПТУП-транзистором J₁ и подключенными последовательно с этим первым ПТУП-транзистором J₁ одним или несколькими дополнительными ПТУП-транзисторами J₂-J₆. Таким образом, самый нижний или первый ПТУП-транзистор управляется в данной каскодной схеме МОП-транзистором, действующим как управляющий выключатель. Последний ПТУП-транзистор из последовательно включенных ПТУП-транзисторов, т.е. транзистор, наиболее удаленный от первого ПТУП-транзистора, также называют самым верхним ПТУП-транзистором J₆. На этом чертеже в качестве примера показаны шесть ПТУП-транзисторов, однако согласно другим вариантам изобретения их может быть два или больше. Для стабилизации напряжения на затворах ПТУП-транзисторов предусмотрена стабилизирующая схема 3. В этой схеме между затворами каждой пары следующих друг за другом ПТУП-транзисторов имеется последовательное подключение защитных диодов D₁₁-D₁₃, D₂₁-D₂₃,…D₅₁-D₅₃, действующих в запирающем направлении. Количество защитных диодов D₁₁-D₅₃, подсоединенных последовательно друг другу, зависит от требуемого запирающего напряжения этих защитных диодов D₁₁-D₅₃. Говоря в общем, между затворами каждых двух следующих друг за другом ПТУП-транзисторов может иметься один или несколько защитных диодов D₁₁-D₅₃. В других вариантах изобретения используются не диоды, а иные коммутирующие элементы.

Между затвором и истоком каждого ПТУП-транзистора J₂-J₆, за исключением первого ПТУП-транзистора, подключены полупроводниковые стабилитроны (на фиг.1: Z_GS,2-Z_GS,6) или резисторы (на фиг.2: Z_GS,2-Z_GS,6). Эти стабилитроны и резисторы стабилизируют напряжение соответствующего затвора в стационарном состоянии.

Для выравнивания напряжения нагрузки ПТУП-транзисторов между затвором и выводом стока самого верхнего ПТУП-транзистора подключена дополнительная схема 4. В соответствии с фиг.2 эта схема содержит последовательное включение трех дополнительных диодов D₆₁, D₆₂, D₆₃, действующих в запирающем направлении. Благодаря указанным диодам потенциал вывода затвора самого верхнего ПТУП-транзистора подтягивается к потенциалу на выводе стока этого транзистора. В результате, напряжение, приложенное между выводом стока и выводом затвора, уменьшается. Дополнительные диоды D₆₁, D₆₂, D₆₃ обеспечивают симметричную нагрузку на выводах затворов и стабилизируют распределение запирающего напряжения. Кроме того, эти диоды действуют в качестве защитного элемента для самого верхнего ПТУП-транзистора J₆, защищая его от перенапряжения между стоком и затвором.

Вместо дополнительных диодов в дополнительной схеме можно использовать другие коммутирующие элементы, приводящие к тому же результату, например, один, два или большее число последовательно включенных диодов, резистор, конденсатор или RC-цепочку.

В предпочтительном варианте изобретения между затворами каждой пары следующих друг за другом ПТУП-транзисторов параллельно одному или нескольким защитным диодам D₁₁-D₅₃ подключена RC-цепочка, состоящая из последовательно подсоединенных резистора или демпфирующего резистора R_St,1-R_St,5 и конденсатора С_Tu,1-С_Tu,5. В этом случае параллельно дополнительной схеме 4 между затвором и выводом стока самого верхнего ПТУП-транзистора подключена аналоговая цепь, предпочтительно RC-цепочка той же структуры. Вместе все вышеназванные RC-цепочки образуют симметризирующую схему 5.

В этом случае вся схема имеет от 1 до n дополнительных диодов D₆₁, D₆₂, D₆₃ и пассивную RC-цепочку из демпфирующих резисторов R_St,1-R_St,6 и конденсаторов С_Tu,1-С_Tu,6.

Благодаря последовательному включению диодов можно сохранить небольшую общую емкость перехода, добавляемую между каждыми выводами затворов. Этот дает возможность, благодаря дополнительным конденсаторам С_Tu,1…С_Tu,6 оптимизировать динамическое распределение запирающего напряжения или регулировать его независимо от емкостей перехода. При этом дополнительные демпфирующие резисторы R_st,1…R_st,6 позволяют демпфировать колебания, вызванные дополнительными конденсаторами С_Tu,1…С_Tu,6.

На фиг.3 показан альтернативный предпочтительный вариант изобретения, при котором затворы ПТУП-транзисторов J₁-J₆ друг с другом не соединены, но каждый из них по отдельности посредством своей цепи, состоящей из защитных диодов D₁₁-D₅₃ и RC-цепочки, соединен с первым выводом 1. Как и в варианте изобретения, показанном на фиг.2, вывод затвора G₆ самого верхнего ПТУП-транзистора J₆ соединен через дополнительную цепь 4 со вторым выводом 2. И в этом случае дополнительная цепь 4 может содержать один или несколько последовательно включенных дополнительных диодов D₆₁-D₆₃ или другие коммутирующие элементы, или дополнительные диоды D₆₁-D₆₃, скомбинированные с последовательной RC-цепочкой R_St,6, C_Tu,6. И в этом случае оптимальные сами по себе и примененные для оптимизации RC-цепочки R_St,1…R_St,6 и С_Tu,1…С_Tu,6 вместе образуют симметризирующую схему 5.

На фиг.4 показан еще один вариант изобретения, при котором затворы ПТУП-транзисторов J₁-J₆ друг с другом не соединены, но каждый из них по отдельности соединен со своей цепью, состоящей из защитных диодов D₁₁-D₂₃, и с одним или несколькими дополнительными диодами 6, которые соединяют соответствующий вывод затвора со вторым выводом, кроме того они соединены с первым выводом 1 через RC-цепочку. Защитные диоды D₁₁-D₂₃ и дополнительные диоды 6 образуют для каждого напряжения затвора делитель напряжения, отдельно параметризируемый в отношении уровня напряжения и динамических свойств (постоянных времени). Вместо показанных на чертеже отдельных дополнительных диодов 6 можно использовать несколько последовательно включенных диодов. Как и в варианте, показанном на фиг.3, в этом случае дополнительная цепь 4 также может содержать один или несколько последовательно включенных дополнительных диодов D₆₁-D₆₃ или другие коммутирующие элементы, или дополнительные диоды D₆₁-D₆₃, скомбинированные с последовательной RC-цепочкой R_St,6, С_Tu,6. И в этом случае оптимальные сами по себе и примененные для оптимизации RC-цепочки R_St,1…RS_t,6 и C_Tu,1…С_Tu,6 вместе образуют симметризирующую схему 5.

Предложенную схему, описанную в настоящем изобретении в целом, а также в конкретных примерах его выполнения, можно применять не только для рассмотренных здесь n-канальных ПТУП-транзисторов, но также при соответствующих изменениях, и для p-канальных ПТУП-транзисторов.

Составные транзисторы. Схемы включения. | HomeElectronics

Транзисторы как силовые элементы многих радиоэлектронных устройств для нормальной работы должны выполнять следующие функции:

1. Обеспечивать управление заданным током нагрузки при большом усилении по мощности.

2. Обладать достаточной (с учётом заданной выходной мощности и диапазонов изменения входного и выходного напряжений) рассеиваемой мощностью.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

3. Иметь максимально допустимое напряжение коллектор – эмиттер, позволяющее без опасности пробоя обеспечивать необходимое падение напряжение на переходе коллектор – эмиттер при возможных значениях входного и выходного напряжений.

В некоторых случаях имеющиеся в наличии транзисторы не позволяют выполнить одно или несколько вышеописанных условий, тогда прибегают к помощи так называемых составных транзисторов. Схем составных транзисторов существует великое множество, но основных схем существует всего три.

Тандемное включение транзисторов (схемы Дарлингтона и Шиклаи)

Довольно часто возникает ситуация, когда необходимого коэффициента усиления одного транзистора не хватает. В этом случае транзисторы соединяют тандемно (то есть выходной ток первого транзистора является входным током для второго). Существует две схемы такого включения: схема Дарлингтона и схема Шиклаи. Отличие заключается лишь в том, что в схеме Дарлингтона используются транзисторы одинакового типа проводимости, а в схеме Шиклаи – разного типа проводимости.

Данные пары – это просто два каскада эмиттерного повторителя. Иногда данные составные схемы транзисторов называют «супер-β» пары, так как они функционируют как один транзистор с высоким коэффициентом усиления.

Общий коэффициент передачи тока будет равен:

При использовании данных схем вполне возможна такая ситуация, когда нагрузка уменьшится до нуля (или некоторого минимального значения, близкого к нулю) или при повышении температуры базовый ток транзистора VT1 может стать равным нулю или даже переменить направление за счёт неуправляемого обратного тока коллектора. Во избежание запирания транзистора VT2 его режим следует стабилизировать с помощью резистора R1.

Величину сопротивления R1 можно определить по формуле:

Параллельное включение транзисторов

Современные транзисторы позволяют реализовать электронные схемы расчитаные на широкие диапазоны изменений токов и напряжений, но в отдельных случаях для увеличения допустимой мощности рассеивания применяется параллельное включение транзисторов.

Максимально допустимый ток протекающий через такой составной транзистор равен:

При такой схеме включения транзисторов следует учитывать, что вследствие разброса параметров параллельно включённых транзисторов токи между ними распределяются неравномерно. Большая часть тока будет протекать через транзистор, имеющий больший коэффициент усиления. Рассеиваемые транзисторами мощности можно выровнять включением в их эмиттерные цепи дополнительных симметрирующих резисторов с небольшими сопротивлениями. Так как на практике трудно подбирать такие сопротивление для каждого транзистора, в практических схемах в эмиттеры всех транзисторов ставят резисторы одного сопротивления. Сопротивление симметрирующих резисторов R1 и R2 можно определить по формуле

где n – число параллельно соединенных транзисторов

I_K — ток проходящий через коллектор.

Такой способ связан с ухудшением усилительных свойств транзисторов, однако его достоинством является возможность получения мощного силового элемента при использовании относительно маломощных транзисторов.

Последовательное включение транзисторов

Во время работы силового транзистора на его переходе коллектор – эмиттер падает напряжение, представляющее собой разность входного и выходного напряжений. В отдельных случаях эта разность может превышать максимально допустимое напряжений коллектор – эмиттер транзистора, имеющегося в распоряжении. В этом случае необходимо использовать последовательное соединение нескольких транзисторов.

Эквивалентный транзистор будет иметь следующие параметры:

Для симметрирования напряжений, которые будут падать на переходе коллектор – эмиттер транзисторов вводят симметрирующие резисторы R1 и R2 сопротивление, которых можно определить по формуле

где I_B – ток базы составного регулирующего транзистора.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

6.07. Специальные вопросы проектирования сильноточных источников питания

Cтабилизаторы напряжения и источники питания

Проектирование теплоотвода мощных схем

Использование отдельных нестабилизированных источников для питания сильноточных цепей. Как уже упоминалось в разд. 6.03, хорошо, как правило, использовать отдельный источник для стабилитрона в мощном источнике питания. Таким путем рассеивание мощности на проходном транзисторе можно свести к минимуму, поскольку нестабилизированное напряжение, которое подается на проходной транзистор, может быть выбрано точно таким, какое нужно для достаточного «запаса сверху» (стабилизаторы типа 723 имеют для этой цели выводы питания U₊). Например, стабилизатор, дающий на выходе +5 В. 10 А, может работать от входного напряжения 10 В с размахом пульсаций около 1-2 В и отдельного источника питания +15 В для питания элементов стабилизатора (опорный источник, усилитель ошибки и т.д.). Как говорилось выше, нестабилизированное входное напряжение должно быть выбрано достаточно большим в расчете на наихудший случай напряжения в силовой линии переменного тока (200 В), а также на допуски параметров трансформатора и конденсатора.

Линии связей. Для источников питания с большим выходным током или источников прецизионного напряжения следует тщательно продумать линии соединений в самом стабилизаторе и между стабилизатором и его нагрузкой. Если несколько различных приборов работают в качестве нагрузки одного стабилизатора, то все они должны присоединяться к источнику питания в точке, в которой подключен и датчик выходного напряжения стабилизатора, иначе флуктуации тока в одной из нагрузок повлияют на напряжение, поступающее к остальным нагрузкам (рис. 6.10).

Рис. 6.10. Заземление питания в общей точке («Мекка» заземления).

В действительности хорошо иметь, как показано на схеме, общую точку заземления («Мекка») для нестабилизированного питания, опорного источника и т.д. Проблему падения напряжения в соединительных проводах между источником питания и нагрузкой с большим током иногда можно решить путем вынесения измерительных элементов: клеммы, ведущие обратно к усилителю ошибки и опорному источнику, выводятся отдельно на клеммную колодку источника питания и могут или присоединяться к выходам стабилизированного напряжения прямо на этом месте (обычный способ), или от них могут быть проложены шины дальше и присоединены к нагрузке рядом с выводами напряжения питания (этот способ требует наличия четырех проводов, два из которых должны быть рассчитаны на большие токи нагрузки). У большинства серийных источников питания имеется перемычка на задней стенке, соединяющей измени тельные входы стабилизатора с его выходом, которую можно убрать для «вынесения» измерительных входов. Аналогично включаются четырехпроводные резисторы для измерения тока нагрузки при построении источников питания с точно удерживаемым постоянным значением тока в нагрузке. Более подробно об этом описано в разд. 6.24.

Параллельное включение проходных транзисторов. Если от источника питания требуются большие значения выходного тока, то приходится применять несколько проходных транзисторов, соединенных параллельно. При этом из-за разброса параметра U_бэ приходится последовательно с эмиттером каждого из них ставить небольшой резистор, как показано на рис. 6.11. Эти резисторы приблизительно одинаково распределяют ток между проходными транзисторами. Значение R выбирается таким, чтобы падение напряжения на резисторе было ~ 0.2 В при максимальном значении выходного тока. Мощные ПТ могут быть соединены параллельно без дополнительных элементов благодаря отрицательному наклону зависимости их тока стока от температуры (рис. 3.13).

Рис. 6.11. Применение «балластных» эмиттерных резисторов при параллельном включении мошны биполярных транзисторов.

Область безопасной работы (ОБР). Последнее замечание о мощных транзисторах: явление, известное как «лавинный пробой», ограничивает одновременно и ток, и напряжение, которое может быть приложено к любому конкретному транзистору, поэтому изготовителем указывается область безопасной работы (это совокупность диапазонов безопасных напряжений при данном токе в зависимости от времени его протекания). Лавинный пробой связан с образованием «горячих точек» в транзисторных переходах и возникающем вследствие этого неравномерном распределении полного тока нагрузки. Этот факт накладывает на ток коллектора более жесткие ограничения, чем максимум рассеиваемой мощности (кроме случаев малых напряжений между коллектором и эмиттером). На рис. 6.12 показана область безопасной работы для широко применяемого транзистора 2N3055. При U_кэ > 40 В лавинный пробой ограничивает постоянный ток коллектора до величин меньших, чем позволяет максимальное значение рассеиваемой мощности (115 Вт). На рис. 6.13 показана область безопасной работы для двух подобных друг другу мощных высокочастотных транзисторов: биполярного n-p-n — транзистора 2N6274 и n — канального МОП — транзистора VNE003A. При U_кэ > 10 В лавинный пробой ограничивает постоянный ток коллектора n-p-n — транзистора значениями, соответствующими мощности рассеяния меньшей, чем максимально допустимая паспортная величина 250 Вт. Эта проблема не столь серьезна для коротких импульсов и фактически перестает просматриваться при длительности импульсов менее 1 мс. Обратите внимание на то, что МОП — транзистор не подвержен лавинному пробою; его ОБР ограничена максимально допустимым током (ограничение вносит сечение проводников, а их сопротивление для коротких импульсов тока выше, чем на постоянном токе), допустимой мощностью рассеяния и максимально допустимым напряжением затвор-исток. Более подробно об этом сказано в гл. 3, там где рассматриваются мощные транзисторы.

рис. 6.12. Область безопасной работы мощного биполярного транзистора 2N3055 (с разрешения Motorola, Inc.), — — — ограничен сечением выводов: температурное ограничение Т_к = 250°С (отдельные импульсы), ^_____ ограничение лавинного пробоя

Рис. 6.13. Сравнение ОБР мощного биполярного n-p-n — транзистора и n — канального МОП — транзистора. — — — 2N6274 (прп): ^_____ (n — канальный МОП) VNE003A

Нестабилизированные источники питания

8.3. Последовательное соединение полупроводниковых приборов

Применение последовательного со­единения приборов эффективно, если успешно решается задача рав­номерного деления обратного и прямого (для тиристоров и транзис­торов) напряжений в статическом и динамическом режимах. Из-за разброса значений обратных токов и токов утечки, значений прямого напряжения в проводящем состоянии, емкостей p-n-переходов, вре­мени задержки включения и времени выключения отдельных прибо­ров это условие не выполняется. Поэтому при последовательном со­единении принимают меры, обеспечивающие равномерное деление напряжения.

Для выравнивания напряжения применяют подбор приборов одно­го класса с близкими значениями обратных токов и токов утечки или устанавливают специальные делители и схемы управления тиристора­ми и транзисторами.

В качестве выравнивающих устройств используют (рис. 8.3): в статических режимах – активные делители R (рис. 8.3, а), в переход­ных режимах – активно-емкостные делители (RС-цепи) (рис. 8.3, б), емкостные делители С, комбинированные делители с диодами (RCD-цепи) (рис. 8.3, в).

а б в

Рис 8.3. Схемы це­пей, выравниваю­щих напряжение в статическом

и дина­мическом режимах при последователь­ном соединении

по­лупроводниковых приборов

Применение активных делителей R сопровождается потерями энергии, значение которой увеличивается с уменьшением сопротив­ления резисторов. Поэтому стремятся установить резисторы с макси­мально возможным сопротивлением, при котором разброс напряже­ний не превышает допустимых границ. В последовательной цепи самое большое напряжение воспринимает прибор, обладающий наи­большим внутренним сопротивлением. Его обратный ток или ток утечки наименьший.

В случае применения тиристоров последовательно с конденсатора­ми включается низкоомный (примерно несколько десятков ом) резис­тор (рис. 8.3, б). Резистор служит для ограничения тока разряда конденсатора через включившийся тиристор. Для тиристоров и тран­зисторов используется RCD-цепь (рис. 8.3, в), обеспечивающая рав­номерное деление обратного напряжения как RС-цепь, а прямого – как емкостный делитель. Такая цепь, кроме функций делителя, обес­печивает снижение скорости приложения прямого напряжения du_D/dt.

8.4. Параллельно-последовательное соединение полупроводниковых приборов

Такое соединение при­меняется в мощных высоковольтных полупроводниковых преобразо­вательных аппаратах. Возможны соединения приборов двумя различ­ными способами: параллельное соединение а самостоятельных вет­вей, каждая из которых содержит s последовательных приборов (рис. 8.4, а) и последовательное соединение s самостоятельных рядов, каж­дый из которых состоит из а параллельных приборов (рис. 8.4, 6).

а б

Рис 8.4. Схемы последователь­но-параллельного соединения

по­лупроводниковых диодов

Первый способ основан на классической схеме построения последовательной цепи с устрой­ствами принудительного деления напряжения для каждой из па­раллельных ветвей. Ветви могут быть включены параллельно без дополнительных устройств деле­ния тока, если при s > 2 разброс по результирующему прямому напряжению всех ветвей в допус­тимых пределах. Такой подбор приборов не представляет слож­ности. Этот способ отличается многоэлементностью устройств деления напряжения.

Второй способ основан на классической схеме соединения прибо­ров с устройствами деления тока (индуктивные делители ИД) для каждого из последовательных рядов. Ряды между собой соединяются последовательно с использованием общих на каждый ряд устройств принудительного деления напряжения. В этом способе устройства деления тока громоздки.

В реальных схемах преобразователей предпочтительна схема груп­пового соединения полупроводниковых приборов (рис. 8.5). В этой схеме ветви преобразовательных диодов объединены между собой низкоомными резисторами связи R сопротивлением 0,5-0,8 Ом. При таком соединении допустимы применение общих для каждого ряда устройств деления напряжения и отказ от устройств деления тока благодаря выравниванию прямого напряжения при числе рядов более двух. Групповое соединение в данной схеме конструктивно не сложно и обеспечивает достаточно полное использование приборов по току и по напряжению.

Рис 8.5. Схема группового соединения по­лупроводниковых диодов

BJT устройство как коммутатор [Analog Devices Wiki]

Цель:

Транзистор с биполярным соединением (BJT) может использоваться во многих конфигурациях схем, таких как усилитель, генератор, фильтр, выпрямитель, или просто использоваться как двухпозиционный переключатель. Если транзистор смещен в линейную область, он будет работать как усилитель или другая линейная схема, если смещен поочередно в областях насыщения и отсечки, то он используется в качестве переключателя, позволяя току течь или не течь. в других частях схемы.Это лабораторное задание описывает BJT, работающий как переключатель.

Примечания:

Как и во всех лабораториях ALM, мы используем следующую терминологию при описании подключений к разъему M1000 и настройке оборудования. Зеленые заштрихованные прямоугольники обозначают подключения к разъему аналогового ввода-вывода M1000. Контакты аналогового канала ввода / вывода обозначаются как CA и CB. При настройке для принудительного измерения напряжения / измерения тока — В, добавляется, как в CA-, В , или когда настроено для принудительного измерения тока / измерения напряжения, добавляется -I, как в CA-I.Когда канал настроен в режиме высокого импеданса только для измерения напряжения, -H добавляется как CA-H.

Следы осциллографа аналогичным образом обозначаются по каналу и напряжению / току. Например, CA- V , CB- V для сигналов напряжения и CA-I, CB-I для сигналов тока.

Фон:

Цепи переключения существенно отличаются от линейных цепей. Их также легче понять. Прежде чем исследовать более сложные схемы, мы начнем с представления дискретных твердотельных переключающих схем: построенных на основе BJT.

Переключатель состоит из BJT-транзистора, который попеременно управляется между областями насыщения и отсечки. Простая версия переключателя показана на рисунке 1. Когда входной сигнал равен — В _в , переход база-эмиттер смещен в обратном направлении или отключен, поэтому ток в коллекторе не течет. Это иллюстрируется красной линией нагрузки, показанной на рисунке. Когда BJT находится в отключенном состоянии, схема (в идеале) имеет следующие значения:

Это состояние похоже на разомкнутый переключатель.

Когда входной сигнал равен + В _в , транзистор переводится в состояние насыщения и возникают следующие условия:

Это состояние аналогично замкнутому переключателю, соединяющему нижнюю часть R _C с землей.

Рисунок 1 Переключатель NPN BJT и его линия нагрузки.

Характеристики переключателя BJT предполагают, что:

1. — В _в достаточно мало, чтобы транзистор перешел в режим отсечки.
   
2. + В _в должен обеспечивать достаточный базовый ток через R _B , чтобы перевести транзистор в состояние насыщения.
   

3. Транзистор — идеальный компонент.

Эти условия можно обеспечить, спроектировав схему так, чтобы:

2. + V _дюйм = V _BE + I _B R _B ( V _CC — хороший максимум)
   

3. I _B > I _Csat / ß

Условие 1 гарантирует, что схема будет переведена в область отсечки входом.Условия 2 и 3 гарантируют, что транзистор будет переведен в область насыщения. Настоящий переключатель BJT отличается от идеального переключателя по нескольким аспектам. На практике даже в режиме отсечки через транзистор возникает небольшой ток утечки. Кроме того, при насыщении на внутреннем сопротивлении транзистора всегда падает некоторое напряжение. Обычно это будет от 0,2 до 0,4 В, в насыщении в зависимости от тока коллектора и размера устройства. Эти отклонения от идеала обычно незначительны для устройства правильного размера, поэтому мы можем предположить, что условия близки к идеальным при анализе или проектировании схемы переключателя BJT.

Материалы:

ADALM1000 Аппаратный модуль
Макетная плата без пайки
1 — Резистор 6,8 кОм (R _B )
1 — Резистор 100 Ом (R _C )
1 — 5 мм светодиод (любого цвета)
1 — малосигнальный NPN транзистор (2N3904)

Направления:

Одним из распространенных применений переключателя BJT (или любого другого) является управление светодиодом. Драйвер светодиода показан на рисунке 2. Драйвер, показанный на этом рисунке, используется для соединения слаботочной части схемы с относительно сильноточным устройством (светодиодом).Когда на выходе из слаботочной цепи низкий уровень (0 В ), транзистор отключен, а светодиод не горит. Когда на выходе из слаботочной цепи появляется высокий уровень (+3 В ), транзистор переводится в состояние насыщения и загорается светодиод. Драйвер используется потому, что слаботочная часть схемы может не иметь возможности по току для подачи 20 мА (типично), необходимых для освещения светодиода на полную яркость.

Постройте схему переключателя светодиодов, показанную на рисунке 2, на беспаечной макетной плате.R _C служит для ограничения тока, протекающего через светодиод от источника питания +5 В . Переключатель управляется выходным напряжением канала А с разъема ввода / вывода. В канале осциллографа B будет отображаться напряжение на переключающем транзисторе Q ₁ ( В, _CE ) или напряжение на светодиоде, как показано зелеными стрелками.

Настройка оборудования:

Генератор CA должен быть настроен на прямоугольную волну 100 Гц с максимальным напряжением 3 вольта и минимальным напряжением 0 вольт.Канал осциллографа B подключен для измерения напряжения на транзисторе или в верхней части светодиода. Ток, протекающий через транзистор, можно рассчитать как разницу напряжений между питанием +5 В и CB- В , деленную на номинал резистора (100 Ом). Трасса тока канала А измеряет ток в R _B .

Процедура:

Сохраните кривую напряжения на коллектор-эмиттер транзистора (пунктирная зеленая линия на канале B) и на светодиоде (сплошная зеленая линия канала B) и включите их в описание своей лаборатории.

Вопросы:

Какой ток протекает через резисторы R _C и R _B , когда светодиод горит и когда светодиод не горит?

Вычислите ß, когда Q ₁ насыщен. Как это значение соотносится с spec , указанным в таблице данных?

Параллельных переключателей:

Два NPN-транзистора могут быть соединены с их коллекторами и эмиттерами параллельно, рисунок 3, что обеспечивает возможность включения нагрузки от двух разных сигналов.Любой из входов может включить нагрузку, но оба должны быть выключены, чтобы нагрузка отключилась. Это называется логической функцией «ИЛИ».

Рисунок 3, два переключателя, включенных параллельно

Измените схему на макетной плате так, чтобы она выглядела как показано на рисунке 3. Добавьте второй NPN-транзистор Q ₂ и второй базовый резистор R _B2 , как показано. Теперь подключите другие концы R _B1 и R _B2 к контактам цифрового порта ввода / вывода PIO 0 и PIO 1 соответственно.Откройте окно цифрового управления и установите PIO 0 и PIO 1 на все четыре комбинации логических 0 и 1. Обратите внимание, какие комбинации включают светодиод. Напряжение на светодиоде и резисторе коллектора можно контролировать с помощью входа осциллографа CHB, как и раньше.

Переключателей серии:

Два NPN-транзистора могут быть соединены последовательно с коллектором нижнего транзистора, подключенным к эмиттеру верхнего транзистора, рис. 4, что позволяет отключать нагрузку от двух разных сигналов.Любой из входов может выключить нагрузку, но для включения нагрузки должны быть включены оба. Это называется логической функцией «И».

Рисунок 4, два переключателя последовательно

Измените схему на макетной плате, чтобы она выглядела как на рисунке 4. Теперь второй транзистор NPN включен последовательно с эмиттером Q ₁ . Снова другие концы R _B1 и R _B2 подключены к контактам цифрового порта ввода / вывода PIO 0 и PIO 1 соответственно. Опять же, установите PIO 0 и PIO 1 на все четыре комбинации логических 0 и 1.Обратите внимание, какие комбинации включают светодиод. Напряжение на светодиоде и резисторе коллектора можно контролировать с помощью входа осциллографа CHB, как и раньше. Вы также должны измерить напряжение на соединении между эмиттером Q ₁ и коллектором Q ₂ для каждого из четырех условий. Прокомментируйте напряжения, наблюдаемые на коллекторе Q ₂ в вашем лабораторном отчете, и почему.

BJT Транзисторная реализация затвора XNOR

Однотранзисторный инверторный каскад вместе с несколькими входными резисторами можно комбинировать для создания более сложных логических функций.Конфигурация, показанная на рисунке 5, реализует двухвходовую исключительную логическую функцию NOR (XNOR). Всего вам понадобится 5 транзисторов NPN, 13 резисторов и один светодиод.

Резисторы, используемые в качестве входов на базах 5 NPN-транзисторов, не имеют одинакового номинала, и теоретически все они должны иметь одинаковое значение. Но диапазон значений по-прежнему будет работать, учитывая относительно высокую бета транзисторов 2N3904, и показанные значения были выбраны таким образом, чтобы не требовалось больше пяти из любого одного значения, входящего в комплект аналоговых деталей.Вы можете поэкспериментировать с другими номиналами резисторов, чтобы найти диапазон минимальных и максимальных значений.

Рис. 5. Резистор и затвор XNOR на NPN-транзисторе.

Снова установите PIO 0 и PIO 1 на все четыре комбинации логических 0 и 1. Обратите внимание, какие комбинации включают светодиод. Напряжение на светодиоде и коллекторном резисторе Q ₅ можно контролировать с помощью входа осциллографа CH-B, как и раньше. Вы также можете использовать вход CH-B (и / или CH-A) для контроля напряжений на коллекторах Q ₁ — Q ₄ при изменении PIO 0 и 1.

Ресурсов:

Для дальнейшего чтения:

Транзистор
Светодиод
Светодиод схема

Вернуться к содержанию «Введение в электротехническую лабораторию»
Вернуться к содержанию лабораторных работ по схемам
Вернуться к содержанию «Электронная лаборатория».

Последовательное соединение транзисторов — Обмен электротехнического стека

Сеть обмена стеков

Сеть Stack Exchange состоит из 178 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

2. 0
3. +0
6. Авторизоваться Зарегистрироваться

Electrical Engineering Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для профессионалов в области электроники и электротехники, студентов и энтузиастов.Регистрация займет всего минуту.

Кто угодно может задать вопрос

Кто угодно может ответить

Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх

Спросил 4 года, 6 месяцев назад

Просмотрено 8к раз

Я знаю, что мы можем подключить два или более транзисторов параллельно, чтобы увеличить максимальный ток переключения, но как насчет увеличения максимального напряжения?

Можем ли мы соединить их последовательно?

Например, соединение двух 2N3055 дает 100 В 5 А, а не 50 В 5 А?

51.5k88 золотых знаков7979 серебряных знаков136136 бронзовых знаков

Создан 08 фев.

1,72822 золотых знака2020 серебряных знаков4040 бронзовых знаков

Да, это возможно, но менее тривиально, чем их параллельное размещение.

Вам нужно кодирование , которое выполняется так:

^{смоделировать эту схему — Схема создана с помощью CircuitLab}

Qsw выполняет фактическое переключение

Qcasc предназначен для разделения напряжения между транзисторами

Я использовал такие схемы, где мне нужно переключать 5,5 В, но я ограничен использованием (на кристалле) транзисторов, которые могут выдерживать только 2,7 В.