Биполярные транзисторы. 
Расчет тока цепи

Задание 1

Биполярные транзисторы состоят из трёх слоёв полупроводниковых материалов с различным типом проводимости. В зависимости от порядка чередования слоёв структуры различают транзисторы n-p-n и p-n-p типов.

Одним из основных параметров электронных ключей является быстродействие. Быстродействие электронного ключа определяет скорость его восстановления (выключения). После того, как на с базы биполярного транзистора снято напряжение ещё какое то время продолжает протекать ток. Для повышения быстродействия используют два способа рис 1.:

• а) Форсирующая цепочка;
• б) Нелинейная обратная связь.

а) б) Рис 1.

• а) При отпирании транзистора ток базы определяется током заряда форсирующей емкости (этот ток больше тока через резистор R_б2 и происходит быстрый переход в режим насыщения). В открытом состоянии ток базы определяется резистором, величина которого выбирается таким образом, чтобы обеспечить неглубокое насыщение транзистора. Таким образом, уменьшается время рассасывания неосновных носителей в базе.
• б) Применяется диод, включенный между базой и коллектором транзистора. При отсутствии импульса управления диод заперт и не влияет на работу схемы. Когда ключ открывается, диод тоже открывается, потенциал базы уменьшается, то есть, транзистор охвачен глубокой отрицательной обратной связью, которая не дает переходить транзистору в режим насыщения и тем самым значительно уменьшает время рассасывания заряда в базе.

Задание 2.

Найдём номинальный ток цепи:

Теперь найдём количество диодов n если I_пр.max=30 А:

Отсюда принимаем количество диодов равное 7.

Не бывает двух одинаковых диодов так, как сопротивление у всех разное, а следовательно и разный предельный ток. Поэтому в параллельной цепи и происходит неравномерное распределение токов. Что бы избежать выхода из строя диодов применяют включение последовательно с каждым диодом добавочных сопротивлений, величина которых в несколько раз больше, чем сопротивление диода в прямом направлении.

Задание 3

Процессы в однополупериодной схеме выпрямителя протекают сложнее, если нагрузка носит не активный, а индуктивный характер.

Ток в цепи выпрямления, возникнув в момент открывания вентиля, нарастает медленнее, чем происходит увеличение напряжения. Это связано с наличием индуктивности L в цепи нагрузки, которая является в электрической цепи инерционным элементом, препятствующим резкому изменению тока i_d.

Когда напряжение вторичной обмотки начнет снижаться, ток в нагрузке будет некоторое время продолжать расти и далее постепенно спадать за счет энергии, запасенной в индуктивности.

Ток через вентиль (рис. 2.) будет протекать и в течение некоторой части отрицательного полупериода вторичного напряжения за счет ЭДС самоиндукции, возникающей в индуктивности L при уменьшении тока нагрузки. В результате на интервале и в кривой напряжения u_d появляется участок с отрицательной полярностью.

Рис 2.

Задание 4

Ступенчатое регулирование.

Напряжение, снимаемое с вторичной обмотки трансформатора или автотрансформатора, можно регулировать, изменяя число витков первичной или вторичной обмотки. Регулирование напряжения при этом получается не плавным, а ступенчатым. Число витков вторичной обмотки трансформатора можно изменять сравнительно просто, и такой способ широко применяют.

Для этого вторичную обмотку разбивают на ряд ступеней (секций): а, б, в, г, к выводам которых А, Б, В и Г соответствующими переключателями 1, 2, 3 и 4 может подключаться приемник электрической энергии Zн. Присоединяя приемник к тому или иному выводу трансформатора, можно изменять число включенных во вторичную обмотку витков, т. е. напряжение U₂, подводимое к приемнику. Такой способ называют регулированием на стороне низшего напряжения трансформатора.

Регулирование путем подмагничивания сердечника.

Регулировать напряжение трансформатора можно также изменением магнитного потока, проходящего через его сердечник. Для этой цели можно подмагничивать сердечник постоянным током за счет специальной обмотки и менять таким образом магнитное сопротивление для переменного потока, создаваемого первичной обмоткой.

В результате подмагничивания напряжение на вторичной обмотке будет плавно уменьшаться.

Регулировать напряжение трансформатора можно также изменением магнитного потока с помощью магнитных шунтов. Для этой цели в конструкцию трансформатора вводят специальные стержни (шунты). Такой трансформатор имеет основной магнитопровод (4) и два магнитных шунта (3), отделенных друг от друга изолирующими прокладками. Первичная обмотка (1) трансформатора охватывает все три стержня. Вторичная обмотка (2) намотана на стержень основного магнитопровода. На стержнях магнитных шунтов расположена обмотка управления (5).

Трансформатор работает следующим образом. При отсутствии постоянного тока в обмотке управления магнитный поток Ф₁ трансформатора, создаваемый первичной обмоткой, равномерно распределяется между основным магнитопроводом и магнитными шунтами (пропорционально площади их поперечных сечений). При этом во вторичной обмотке индуцируется минимальное напряжение U₂ При протекании по обмоткам управления постоянного тока I_y сердечники магнитных шунтов насыщаются и их магнитное сопротивление возрастает. При этом магнитный поток Ф₂ первичной обмотки вытесняется в основной магнитопровод и проходящий по нему поток Ф₂ увеличивается. Это приводит к увеличению напряжения U₂, индуцируемого во вторичной обмотке. Когда сердечники магнитных шунтов будут полностью насыщены, магнитный поток Ф₂ в основном магнитопроводе будет максимальным и с трансформатора снимается максимальное напряжение U₂. Таким образом, изменяя ток управления I_y, можно плавно регулировать вторичное напряжение.

Магнитно-полупроводниковые.

Рассмотрим схему стабилизатора, состоящего из двух последовательно включенных автотрансформаторов AT_I, и АТ_II, имеющих разные коэффициенты трансформации. На магнитопроводах каждого автотрансформатора имеются обмотки управления щ_yl и щ_y2 в которые включены диоды VD1 — VD2 и транзисторы VT1 и VT2.

Если какой-либо из транзисторов открыт, то он закорачивает обе половины соответствующей обмотки управления. Например, когда открыт транзистор VT1, то закорачивается обмотка щ_yl (в одну полуволну входного напряжения через диод VD1 и транзистор VT1, а в другую полуволну — через диод VD2 и транзистор VT2). Автотрансформатор с закороченной обмоткой управления имеет меньшее сопротивление, чем автотрансформатор с разомкнутой обмоткой управления. Это вызывает перераспределение входного напряжения U_вх между автотрансформаторами (рис.6).

На диаграмме на интервале 0-t₁ закорочена обмотка управления щ_yI и выходное напряжение соответствует коэффициенту трансформации k'_Т.

На интервале t₁-р транзистор VT1, выключается, а VТ2 включается, закорачивая обмотку щ_yII. В результате выходное напряжение принимает значение, соответствующее коэффициенту k''_Т.

Далее переключения транзисторов периодически повторяются на каждом полупериоде выходного напряжения. При изменении длительности интервала 0-t₁ (угла управления б) выходное напряжение изменяется в диапазоне, определяемом коэффициентами k'_Т и k''_Т, что обеспечивает плавное регулирование выходного напряжения.

В качестве ключевых элементов, закорачивающих обмотки управления автотрансформаторов, могут также использоваться тиристоры. Однако поскольку они являются не полностью управляемыми элементами, (открываясь продолжают оставаться в открытом состоянии при отсутствии импульса управления), необходимо предусматривать устройства для их принудительной коммутации.

ток цепь диод полупроводниковый.

Список использованных источников

[1]. Розанов Ю. К., Соколова Е. М. «Электронные устройства электромеханических систем «.