Расчёт схемы усилителя на ПТ на постоянном токе.

Расчёт схемы на основе ПТ графическим методом отличается от расчёта схем на БПТ лишь тем, что вместо входных токов берётся входное напряжение, а вместо коэффициентов передачи токов базы или эмиттера, -значение крутизны проходной характеристики S. Сказанное иллюстрируется рисунками 24 а,б, и, на мой взгляд, в пояснениях не нуждается. От расчётов схем на БПТ единственным отличием является то, что выходной ток управляется не входным током, а входным напряжением Uзи и крутизной передаточной характеристики S, а не коэффициентом усиления тока базы β.

 

 

Рис. 24. К расчёту напряжений и токов в схеме на основе ПТ

 

Новые виды транзисторов

Биполярный транзистор с изолированным затвором

 

 

Рис. 27. Условное графическое обозначение БТИЗ

 

Биполярный транзистор с изолированным затвором (БТИЗ, англ. Insulated-gate bipolar transistor, IGBT) — трёхэлектродный силовой полупроводниковый прибор, сочетающий два транзистора в одной полупроводниковой структуре: биполярный (образующий силовой канал) и полевой (образующий канал управления). Выходные характеристики БТИЗ приведены на рисунке 28.

 

Рис. 28. Семейство выходных вольт-амперных характеристик IGBT-транзистора

 

БТИЗ сочетает достоинства двух основных видов транзисторов:

•     высокое входное сопротивление, низкий уровень управляющей мощности — от полевых транзисторов с изолированным затвором;

•     низкое значение остаточного напряжения во включённом состоянии — от биполярных транзисторов;

•     малые потери в открытом состоянии при больших токах и высоких напряжениях;

•     характеристики переключения и проводимость биполярного транзистора;

•     управление как у MOSFET — напряжением.

Диапазон использования — от десятков до 1200 ампер по току, от сотен вольт до 10 кВ по напряжению. В диапазоне токов до десятков ампер и напряжений до 500 В целесообразно применение обычных МОП- (МДП-) транзисторов, а не БТИЗ, так как при низких напряжениях полевые транзисторы обладают меньшим сопротивлением.

Достоинства

БТИЗ сочетает достоинства двух основных видов транзисторов:

· высокое входное сопротивление, низкий уровень управляющей мощности — от полевых транзисторов с изолированным затвором;

· низкое значение остаточного напряжения во включённом состоянии — от биполярных транзисторов;

· малые потери в открытом состоянии при больших токах и высоких напряжениях;

· характеристики переключения и проводимость биполярного транзистора;

· управление как у МДП -транзисторов— напряжением.

Диапазон использования от десятков до 1200 ампер по току, от сотен вольт до 10 кВ по напряжению. В диапазоне токов до десятков ампер и напряжений до 500 В целесообразно применение обычных МОП- (МДП-) транзисторов, а не БТИЗ, так как при низких напряжениях полевые транзисторы обладают меньшим сопротивлением.

Применение

Основное применение БТИЗ — это инверторы, импульсные регуляторы тока, частотно-регулируемые приводы (например, вентильно – индукторные).

Широкое применение БТИЗ нашли в источниках сварочного тока, в управлении мощным электроприводом, в том числе на городском электрическом транспорте.

Применение IGBT-модулей в системах управления тяговыми двигателями позволяет (по сравнению с тиристорными устройствами) обеспечить высокий КПД, высокую плавность хода машины и возможность применения рекуперативного торможения практически на любой скорости.

БТИЗ применяют при работе с высокими напряжениями (более 1000 В), высокой температурой (более 100 C) и высокой выходной мощностью (более 5 кВт). IGB-транзисторы используются в схемах управления двигателями (при рабочей частоте менее 20 кГц), источниках бесперебойного питания (с постоянной нагрузкой и низкой частотой) и сварочных аппаратах (где требуется большой ток и низкая частота — до 50 кГц).

Транзистор Шоттки

Транзистор Шоттки — электронный компонент, представляющий собой комбинацию из биполярного транзистора и диода Шоттки.

Устройство

Транзистор Шоттки получается подключением диода Шоттки между базой и коллектором биполярного транзистора, причём для создания n-p-n транзистора Шоттки к биполярному n-p-n транзистору подключается диод Шоттки анодом к базе, а катодом к коллектору, а p-n-p транзистор Шоттки - подключением к биполярному p-n-p транзистору диода Шоттки катодом к базе и анодом к коллектору.

Диод Шоттки, благодаря своим свойствам обладает меньшим падением напряжения между анодом и катодом в открытом состоянии по сравнению с кремниевым диодом (0,2-0,3 В против 0,5-0,7 В) и его включение между базой и коллектором биполярного транзистора препятствует вхождению в насыщение в открытом состоянии - фактически здесь диод Шоттки осуществляет отрицательную обратную связь (ООС): чем сильнее открывается транзистор, тем больше уменьшается потенциал коллектора относительно земли и относительно базы, при этом увеличивается ток, протекающий через диод Шоттки, отводя базовый ток на землю и фиксируя напряжение база-коллектор на уровне 0,2-0,3 В, в открытом состоянии транзистор Шоттки находится в промежуточной области между активным режимом и насыщением, таким образом препятствуя двойной инжекции и накоплению зарядов, исключая задержку во времени, связанную с рассасыванием избыточных носителей при переключении из открытого в закрытое состояние. Кроме того, сам диод Шоттки имеет высокое быстродействие при переходе из открытого в закрытого состояние, поскольку в нём нет процессов накопления носителей и все процессы не связаны с диффузией, а обусловлены только дрейфом в электрическом поле. В закрытом состоянии транзистора напряжение анод-катод диода смещает последний в обратное направление и никак не влияет на работу транзистора.

Обозначение на схемах

Рис. 29. Обозначение на электрических принципиальных схемах бескорпусного транзистора Шоттки n-p-n типа

 

Транзистор Шоттки на электрических принципиальных схемах имеет самостоятельный символ, который используют обычно вместо комбинации обозначений биполярного транзистора и диода Шоттки.

Применение

Транзисторы Шоттки применяются в микросхемах транзисторно-транзисторной логики Шоттки (ТТЛШ), благодаря блокировки накопления неосновных носителей заряда в базовом слое транзисторов в режиме насыщения, быстродействие ТТЛШ гораздо выше традиционной транзистор-транзисторной логике (ТТЛ)

 

 

Рис. 30. Схема инвертора на основе обычного БПТ и диода Шоттки а), и схема на основе транзистора Шоттки б)