Трёхфазные выпрямители. Работа. Временные диаграммы.

Трехфазная промышленная сеть имеет напряжение 220/380 В и частоту 50 Гц, а первичная сеть ЛА- 115/200 В и 400 Гц. Работа выпрямителей на частоте 400 Гц по сравнению с частотой 50 Гц характеризуется повышенным значением крутизны нарастания тока через вентили и меньшей величиной времени, предоставляемого тиристорам для восстановления запирающих устройств. При трехфазном питании в зависимости от схемы включения вентилей и схемы соединения обмоток трансформатора можно получить трех-, шести- или двенадцати фазное выпрямление (фазность выпрямления в данном случае определяется по частоте пульсаций в кривой выпрямленного напряжения). Наибольшее распространение в трехфазных промышленных и бортовых системах электроснабжения нашли следующие схемы выпрямителей (рис.1): трехфазная схема с нулевой точкой (рис.1,а), трехфазная мостовая схема (схема Ларионова) (рис.1,б) и двойная трехфазная схема с уравнительным реактором (схема Кюблера) (рис.1,в), которые и изучаются в данной лабораторной работе. Трехфазная мостовая схема и шестифазная схема с уравнительным реактором применяются в установках средней и большой мощности, обеспечивают шестифазное выпрямление, отличаются высокими технико-экономическими показателями. Путем последовательного или параллельного соединения этих схем может быть получено выпрямление с двенадцатикратной пульсацией выходного напряжения.

Трехфазная схема с нулевым выводом приведена на рис.1,а. Диоды VD1-VD3 поочередно пропускают ток в цепь нагрузки. Общая точка катодов вентилей служит положительным полюсом для цепи нагрузки, а нулевая точка вторичной обмотки трансформатора ТV1 – отрицательным полюсом.

 

Рис.3.2. Временные диаграммы: а - работы трехфазной схемы с

нулевым выводом; б – фазных напряжений схемы трехфазного

мостового выпрямителя.

 

       28. Биполярный транзистор. Устройство, работа, входные и выходные характеристики.

Биполярным транзистором называют полупроводниковый прибор, состоящий из трех областей с чередующимися типами электропроводности и предназначеный для усиления сигнала. Биполярные транзисторы являются полупроводниковыми приборами универсального назначения и широко применяются в различных усилителях, генераторах, в импульсных и ключевых устройствах. Биполярные транзисторы можно классифицировать по материалу: германиевые и кремниевые; по виду проводимости: типа р-n-р и n-p-n; по мощности: малая (Рмах < 0,3Вт), средняя (Рмах = 1,5Вт) и большая (Рмах > 1,5Вт); по частоте: низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные и СВЧ. В таких транзисторах ток определяется движением носителей заряда двух типов: электронов и дырок. Отсюда пошло их название: биополярные.

Средняя область транзистора называется базой, одна крайняя область – эмиттером, вторая – коллектором. Таким образом в транзисторе имеются два р-n- перехода: эмиттерный – между эмиттером и базой и коллекторный – между базой и коллектором. Эмиттером - это область транзистора для инжекции носителей заряда в базу. Коллектором - область, назначением которой является извлечение носителей заряда из базы. Базой называется область, в которую инжектируются эмиттером неосновные для этой области носители заряда. Концентрация основных носителей заряда в эмиттере во много раз больше концентрации основных носителей заряда в базе, а в коллекторе несколько меньше концентрации в эмиттере. Поэтому проводимость эмиттера гораздо выше проводимости базы, а проводимость коллектора меньше проводимости эмиттера.

В зависимости от того, какой из выводов является общим для входной и выходной цепей, различают три схемы включения транзистора: с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК). Входная, или управляющая, цепь служит для управления работой транзистора. В выходной, или управляемой, цепи получаются усиленные колебания. Источник усиливаемых колебаний включается во входную цепь, а в выходную включается нагрузка.

Статистические характеристики биполярного транзистора с ОБ.

Для снятия входных и выходных характеристик биполярного транзистора с ОБ используют схему как на рис7. В ней при помощи потенциометров R1 и R2 подаются нужные напряжения в базовую и коллекторную цепи с определенным током.

Входные характеристики биполярного транзистора

Входной характеристикой: IЭ = f(UЭБ) при UКБ = const.

Входные характеристики биполярного транзисторат с ОБ показывают, как зависит эмиттерный ток Iэ от напряжения между эмиттером и базой Uэб при выбранном напряжении Uкб (рис.8) для транзисторов разной проводимости.

Сравнив с входной характеристикой биполярного транзистора с ОЭ видим, что они похожи, но и имеют различия.

Это, во-первых, при увеличении коллекторного напряжения ветви характеристик германиевых и кремниевых транзисторов смещаются влево, Во-вторых, ток эмиттера в этом случае намного больше чем базовый ток при включении с ОЭ и масштаб измерения по оси ординат уже не в микроамперах, а в милиамперах.

По входным характеристикам биполярного транзистора с ОБ можно определить такие же параметры как и с ОЭ: зависимость Iэ от Uэб, входные сопротивления Rвх_ и Rвх~.

Выходные характеристики биполярного транзистора

Выходной характеристикой: IК = f(UКБ) при IЭ = const.

На рис.10 показано семейство выходных характеристик биполярного транзистора МП42Б которые выражают зависимость коллекторного тока Iк от выходного напряжения Uбк при определенном эмиттерном токе Iэ. Они чем то похожи на выходные характеристики с ОЭ, но имеют и большие различия.

Одним из отличий является то, что коллекторный ток протекает даже тогда, когда коллекторное напряжение равно нулю. Причина в наличии источника тока в цепи эмиттера.

Второе отличие - выходные характеристики в схеме с ОБ почти горизонтальны, а это значит, что выходное сопротивление больше чем при ОЭ и может достигать по переменному току до 2 МОм.

Статические характеристики биполярного транзистора c ОЭ

Статические характеристики биполярного транзистора отражают зависимость между напряжениями и токами на его входе и выходе при отсутствии нагрузки.

Эти характеристики будут разные в зависимости от выбранного способа включения транзистора. В основном применяются характеристики со схемами включения с общей базой (ОБ) и общим эмиттером (ОЭ).

Для снятия входных и выходных характеристик биполярного транзистора с ОЭ можно использовать схему как на рис.1. В ней при помощи потенциометров R1 и R2 подаются нужные напряжения в базовую и коллекторную цепи с определенным током.

Входные характеристики биполярного транзистора

Входной характеристикой: IБ = f(UБЭ) при UКЭ = const.

На рис.2, для сравнения, показаны входные характеристики биполярного транзистора с ОЭ германиевого и кремневого транзисторов. Они выражают (при определенном напряжении между коллектором и эмиттером Uкэ) зависимость базового тока Iб от приложенного между базой и эмиттером напряжением Uбэ. По форме они нелинейны и похожи на характеристики диодов, т.к. эмиттерный переход транзистора можно представить в виде диода включенным в прямом направлении.

Для каждого типа транзисторов при увеличении коллекторного напряжения характеристики немного смещаются в сторону увеличения базового напряжения, но на практике это увеличение не учитывается.

Из графиков еще видно, что в схеме с ОЭ базо-эмиттерное напряжение в германиевых транзисторах не превышает 0,4В, а в кремниевых - 0,8В. При превышении этих входных напряжений токи, проходящие через транзистор, могут стать недопустимо большими, которые приведут к пробою транзистора.

Выходные характеристики биполярного транзистора

Выходной характеристикой: IК = f(UКЭ) при IБ = const.

Выходные характеристики биполярного транзистора показывают зависимость коллекторного тока Iк) от выходного напряжения Uэк) при определенном базовом токе Iб.

На рис.5 приведено семейство выходных характеристик транзистора.
На графике видно, что выходные характеристики нелинейны, и что при увеличении напряжения Uэк от нуля до 0,4÷0,8 вольт коллекторный ток увеличивается быстро, а затем приращение уже мало и почти не зависит от величины Uэк, а зависит от базового тока. Отсюда можно сделать вывод: в основном базовый ток управляет коллекторным током.