грузкой; во втором случае автогенератор нагружается на выпрямитель и характер нагрузки определяется типом фильтра, включаемого для сглаживания пульсации выпрямленного напряжения (рис. 17-56).

В выпрямителях преобразователей напряжения используются полупроводниковые диоды. Для них характерным является свойство проводить ток в обратном направлении при смене полярности напряжения за счет рассасывания избыточных носителей заряда в базе диода. Из-за этого в течение времени, которое известно как время восстановления

Время жизни Тр зависит от типа диода и конструкции его р-п перехода. Диоды, рассчитанные на одинаковый выпрямленный ток и обратное напряжение и выполненные из германия, имеют значение Тр, в 3-4 раза большее, чем кремниевые диоды.

В преобразователях напряжения,- используемых Б источниках электропитания, как правило, применяются мостовые или двухфазные схемы выпрямителей. На время перекрытия in, в течение которого диоды противоположных фаз выпрямителя одновременно проводят ток, вторичная обмотка трансформатора преобразователя оказывается почти короткозамкнутой. При этом транзисторы преобразователя напряжения перегружаются, выходят из режима насы-

нагрузок преобразователя напряжения.

обратного сопротивления, полупроводниковые диоды выпрямителя будут пропускать почти одинаковый ток в прямом и обратном направлении. Вследствие этого в любой схеме выпрямления, кроме однофазной одно-полупериодной, возникает перекрытие фаз. Длительность времени перекрытия ориентировочно равна времени восстановления обратного сопротивления и может быть опре- делена по формуле

/п Тр1п-

2(no - 1)/обр

Тр- время жизни неравновесных носителей заряда в базе диода;

/д=[/обр/?Ф-амплитуда обратного тока диода;

f обр - амплитуда обратного напряжения, прикладываемого к диоду в схеме выпрямителя; /?ф - сопротивление фазы выпрямителя;

обр - обратный ток диода, определяемый по статическим характеристикам; По=д обр - коэффициент, характеризующий величину обратного тока в конце участка восстановления обратного сопротивления. Обычно принимается /го=2-ьЗ. Пусть, например, для выпрямителя на кремниевых диодах типа Д215, время жизни которых Тр=:20 мксек, имеем /д=1 а, /обр =1 ма. По=2; тогда время перекрытия п = 125 мксек.

щения, и на них рассеивается значительная мощность, а фронт выходного напряжения преобразователя искажается - на нем появляется ступенька . Такое искажение фронта приводит к увеличению пульсации выпрямленного напряжения.

Включаемый после выпрямителя фильтр для сглаживания пульсации оказывает существенное влияние на процесс переключения транзисторов преобразователя напряжения. Если фильтр начинается с емкости, то время перекрытия фаз выпрямителя уменьшается за счет сокращения времени восстановления обратного сопротивления диода, а это, в свою очередь, улучшает фронт выходного напряжения.

Включение фильтра, начинающегося с дросселя, вызывает замедленный спад тока через диод в течение времени восстановления обратного сопротивления. Это приводит к резкому увеличению длительности времени перекрытия фаз выпрямителя и увеличению тока нагрузки на преобразователь в момент переключения. При этом в транзисторах усилителя мощности возрастают динамические потери мощности, а в автогенераторе, кроме увеличения потерь возможны даже срывы колебаний из-за перегрузки транзисторов при переходных процессах переключения (участок аб на рис. 17-57, г).

Типичные формы выходного напряжения в преобразователе напряжения при включении различных видов нагрузки приведены иа рис; 17-57. Они характерны как для автогенератора, так и для усилителя мощности. Из кривых нетрудно видеть, что минимальное искажение фронта выходного напряже-

ния достигается при включении емкостного фильтра. В тех случаях, когда с простым емкостным фильтром заданный уровень пульсации не получается, можно применять П-образный фильтр, начинающийся с емкости.

Рис. 17-57. Форма выходного напряжения преобразователя при различных видах нагрузки.

а - активная (омическая) нагрузка; б-выпрямитель без фильтра; е - выпрямитель с емкостным фильтром; г - выпрямитель с индуктивным фильтром.

Энергетические показатели преобразователя напряжения и тепловой режим транзп-стороБ определяются потерями. Общая мощность, рассеиваемая транзистором в режиме переключения, является суммой трех составляющих, а именно: мощности, рассеиваемой в областях отсечки, насыщения и

динамических потерь в активной области в переходном процессе переключения

ДР = ДРотс + А/йас + Д/дии

Мощность, рассеиваемая в области отсечки, определяется на основании статических характеристик транзистора

А-Ротс = 2 ко и.к-

Величина напряжения {7э.к> приложенного к запертому транзистору, зависит от схемы преобразователя. Значение обратного тока утечки /ко берется с учетом максимальной температуры р-п перехода транзистора.,

Мощность, рассеиваемая транзистором, в области насыщения определяется также его статическими характеристиками

Аиас = 2 А[/к.н,

где ДСк.н - падение напряжения коллектор - эмиттер в режиме насыщения, в; /к -ток коллектора в режиме насыщения, а, определяемый по формуле

lIsm- (17-139)

где iln -к. п. д. преобразователя, обычно 11п=0,7-+-0,9; /гмако 2- амплитудные значения тока и напряжения выходной обмотки.

Снижение мощности потерь в режиме насыщения может быть получено за счет уменьшения падения напряжения ДС.и на открытом транзисторе, которое снижается при увеличении коэффициента запаса по насыщению, равного

б.мнн

где /б.мив-т- минимальное значение базового тока, обеспечивающее режим насыщения.

На рис. 17-58 представлена зависимость падения напряжения ДС.н в режиме насыщения для транзисторов типа П210А от коэффициента Ь. Из кривых следует, что при 63 величина At/к.н остается почти неизменной.

При выборе величины коэффициента b необходимо также учитывать потери в базовых цепях транзисторов преобразователя напряжения. Для линеаризации входной характеристики транзистора в цепь базы обычно включается ограничивающий резистор Кбг на котором при увеличении коэффициента запаса по насыщенггю b будут возрастать потери мощности, хотя hU.H при этом будет падать. С учетом этого наиболее экономичный режим транзисторов в преобразователях напряжения достигается при 6= 1,5-:-3.

Динамические потери при переключении определяются в основном мгновенной мощностью, выделяемой в транзисторе при выключении за время переходного процесса.

Рис. 17-58. Зависимость изменения падения напйя-жения на транзисторе П210А в режиме насыщения от кратности тока базы Ь.

Мощность потерь, возникающая яри динамическом процессе переключения, определяется величиной и характером нагрузки, зависит от Бремени и частоты переключения, инерционных свойств транзистора и параметров схемы преобразователя напряжения. Ввиду этого выражения для определения величины динамических потерь будут даны нюке при рассмотрении методики расчета преобразователей напряжения с самовозбуждением и усилителей мощности.

Схемы преобразователей с самовозбуждением

В источнргках электропитания преобразователи напряжения с самовозбуждением могут выполняться по двухтактной схеме с выводом от средней точки первичной обмотки трансформатора, по мостовой или полумостоБой схемам.

Преобразователи с выводом от средней точки первичной обмотки трансформатора выполняются чаще всего с насыщающимся трансформатором (двухтактный преобразователь, рис. 17-54),- с промежуточным переключающим трансформатором (рис. 17-59) или с резисгивно-емкостной связью RyCy (рис. 17-60).

Двухтактные cxempi с насыщающимся трансформатором (рис. J7-54) как наиболее простые и надежные получили наибольшее распространение. Они используются как задающие генераторы для усилителей мощности или как автономные маломощные источники электропитания.

Для двухтактного автогенератора связь между напряжением питания Un, параметрами трансформатора и транзистора а также частотой преобразования определяется соотношением

([/п - Д[/к.н) 10* = fw Bs ScКс,

где Bs - индукция насыщения магнитопровода трансформатора, тл; Sc - сечение стали, см-;

f - частота преобразования, гц; Кс - коэффициент заполнения сталью сердечника трансформатора.

Достоинством двухтактного преобразователя напряжения с самовозбуждением является его простота, а также присущее схеме свойство автоматической защиты транзисторов от короткого замыкания в цепи нагрузки, при котором автоколебания прекращаются, но повреждений элементов схемы при этом не возникает. Недостатком схем с насыщающимся трансформатором является наличие выбросов тока коллектора в момент переключения, что ведет к увеличению потерь в преобразователе напряжения. .

Рис. 17-59. Схема преобразо-Вйгспя напряжения с переключающим трансформатором.

Автогенератор с промежуточным трансформатором (рис. 17-59). Выходной трансформатор Tpi работает в линейном режиме без захода рабочей точки в область насыщения, а переключение осуществляется из-за насыщения промежуточного трансформатора Тр2. Резистор Roc в цепи первичной обмотки промежуточного трансформатора устраняет броски коллекторного тока при переключении транзисторов. В момент насыщения промежуточного трансформатора падение напряжения на резисторе Roc резко возрастает, что приводит к уменьшению базового тока транзистора и выходу его рабочей точки в активную область. Частота преобразования автогенератора определяется параметрами промежуточного (переключающего) трансформатора Тр2.

К достоинствам двухтрансформаторной схемы относится то, что в ней транзисторы переключаются при меньших коллекторных токах, чем в преобразователе с насыщающимся трансформатором. Недостатком схе-