протекающего в цепи коллектора, /к, определяемому по формуле

W к.макс

и в цепи базы

(17-155)

(17-156)

ст.мин

Действующее значение тока во вторичной обмотке зависит от характера нагрузки. При активной нагрузке или при работе на выпрямитель, ньшолненный по мостовой схеме или схеме удвоения,

f 2 = Гамаке, (17-157)

а при двухтактном выпрямителе со средней точкой

/, = {?iE. (17-158)

По вычисленному значению тока определяется диаметр проводов обмоток

(17-159)

Рассмотрим переходный процесс переключения в транзисторе.

Характерным для преобразователя напряжения с самовозбуждением и насыщающимся трансформатором является кратковременное возрастание тока коллектора в момент запирания транзистора. Поскольку транзистор при этом находится в активной области, на нем рассеивается значительная мощность.

Основными причинами увеличения тока коллектора силовых транзисторов являются влияние пассивной области базы транзистора и эффект модуляции толщины базовой области [Л. 18]. Амплитудное значение тока коллектора

/к.макс =?= б ВстУ,

где у-коэффициент, учитывающий инерционные свойства транзистора.

Для сплавных низкочастотных транзисторов коэффициент Y >1 и возрастает с увеличением напряжения питания. Для тран-чисторов типов П214, П210 при U = = 1530 е Y=l,31,5.

При выборе транзисторов по току необходимо, чтобы расчетное значение тока /к.м не превышало максимально допустимого тока для данного типа транзистора, определяемого по техническим условиям.

В преобразователях, выполненных на мощных высокочастотных дрейфовых транзисторах, после выхода транзистора из режима насыщения ток коллектора сразу начинает уменьшаться,. что свидетельствует об отсутствии у дрейфовых транзисторов эффекта модуляции толщины базовой области. -При расчете тока коллектора в этом случае следует принимать Y=l-

Фронт выходного напряжения в автогенераторе . с достаточной для инженерной практики точностью можно считать линейным. Длительность его зависит от приведенного сопротивления нагрузки, параметров схемы и частотных свойств транзисторов и определяется по формуле

2Тк б

<ф , -; (17-160)

н бВст

Здесь Тк-постоянная времени транзистора, определяемая в активной области параметрами нормального включения В.

Тк=-2. (17-161)

где f - граничная частота транзистора.

Для получения в преобразователе выходного напряжения с короткими фронтами необходимо применять высокочастотные транзисторы с малым Тк или транзисторы с большим коэффициентом усиленпя по току (Вот)- Из уравнений (17-160) и (17-137) видно, что сократить время переключения транзистора и облегчить запуск преобразователя можно, уменьшая сопротивление резистора Re в цепи базы. Достигается это шунтированием резисторов R6 конденсаторами Сб.

На участке выключения, при наличии конденсаторов Сб, когда транзистор выходит из режима насыщения и напряжения на базовых обмотках начинают уменьшаться, к переходу эмиттер - база закрывающегося транзистора прикладывается обратное напряжение, равное разности напряжений на конденсаторе и на базовой обмотке. Через базовую цепь транзистора начинает протекать обратный ток, вызывающий рассасывание избыточных носителей из базовой области. В результате протекания обратного тока через базовую цепь транзистора длительность процесса выключения существенно сокращается. После смены полярности напряжения на обмотках трансформатора через базовую цепь отпирающегося транзистора будет протекать ток, ограниченный только входным сопротивлением транзистора, так как конденсатор успевает разрядиться (17-138). Это приводит также к уменьшению длительности времени включения второго транзистора.

Длительность фронтов выходного напряжения при наличии конденсаторов Сб может быть получена нз выражения (17-160), в котором сопротивление Re необходимо заменить на входное сопротивление транзистора Гех-

Величина динамических потерь в транзисторе преобразователя напряжения определяется с учетом длительности времени переходного процесса и законов изменения напряжения и тока коллектора. Учитывая, что коэффициент характеризующий возрастание тока коллектора в момент выключения, лежит в пределах у=11,5, а напряжение на коллекторе изменяется по линейному закону от Нуля до величины 2Un-

динамические потери в транзисторе определяют по формуле

Средняя мощность потерь, которая определяет тепловой режим р-п перехода транзистора и размеры радиатора, с достаточной для инженерной практики точностью равна сумме потерь в режиме насыщения и динамических потерь на переключение

Рср =

/KACK.B-f

(17-162)

Пример. Рассчитаем преобразователь напряжения по схеме на рис. 17-54,6 по следующим исходным данным: (/п = 14 е; 2=20 е; нагрузка активная /2=1 е; /= = 1 кгц.

Расчет. Определим по формуле (17-139) величину тока, который коммутируется транзисторами, задавшись ориентировочно величиной к. п. д. преобразователя напряжения т]п=0,8,

1-20

Определим амплитуду напряжения на коллекторе. Для двухтактной схемы преобразователя согласно формуле (17-141)

(7э.к = 2,2.14 й 31 в.

Полученным расчетным значениям тока /к и напряжения (Уэ.к удовлетворяет транзистор типа П215. Для него при данном токе величина Ш.н =0,5 е; Вст.мин =20; Us.6 = =0,4 е

Рассчитаем цепи смещения преобразователя напряжения. Величина базового резистора /?б определяется по выбранному напряженику обратной связи базовых обмоток t/б, коэффициенту запаса по насыщению Ь и с учетом входного напряжения транзистора С/э.б. Зададимся Ue =3 е, 6=2. Тогда согласно (17-142)

(3-0,4)20

=~ 1,8.2 = -

Задавшись величиной напряжения смещения на резисторе Rg, равной Ujq=0,3 в, определим величину пускового сопротивления делителя (17-143)

15-14

см = = 700 ом.

Для трансформатора преобразователя напряжения выбираем тороидальный магнитопровод из пермаллоя 34НКМП, толщина ленты 0,1 мм, В=1,5 тл. Находим габаритную мощность трансформатора. Для заданного вида нагрузки имеем (17-146):

Рг= 1.3-20-1 =26еа.

Задавшись значениями величин

Г)т= 0,85; у = 3 а/мм; Кс = 0,8; Ко=0,3,

определяем по формуле (17-145) произведение Sc So для выбора магнитопровода

26-102

2-103-1,5-3-0,85-0,8-0,3 ~

= 1,44 сж*.

Выбираем магнитопровод ОЛ25/35-5 с площадью сечения Sc=0,25 см.

Определяем число витков половины коллекторной обмотки трансформатора по формуле (17-147) с учетом (17-148)

(14-0,5)10

ю =----=112

4-103-1,5-0,25-0,8

По заданному напряжению обратной связи t/б =3 е определяем число витков половины базовой обмотки (17-153)

112-3

Определяем число витков вторичной обмотки (17-154)

112-20 14 - 0,5

= 166.

Определяем действующее значение тока коллекторной обмотки (17-155)

/к= -=zz- = l,28fi. / 2

Определяем действующее значение тока базы (17-156)

1,28-2 /б=- =0,128 а.

Определяем согласно формуле (17-159) диаметры проводов обмоток: коллекторной

di= 1,13 К/к/У= 1,13 Kl,28/3 =0,75жж; базовой

2=1,13 У7= 1,13Ко, 128/3 =0,23 мм; выходной

4=1,13 {/ /а = 1,13]/ 1/3 =0,65жж.

Определяем среднее значение мощности потерь в транзисторе преобразователя напряжения. Для транзистора П215 постоянная времени коллекторной цепи согласно (17-161) Тк=32 мксек.

Приведенное к коллекторной цепи сопротивление нагрузки равно:

/? -

/Шк \2 20 /112\2

= -7-777 = 9,2 ож.

\W2 I 1 \166/

Среднее значение мощности потерь в транзисторе согласно (17-162) равно:

1,8-0,5 1,2-14-32-10--10

Р = ~Т~ +-972-=

= 0,45 + 0,72= 1,17 вт.

Схемы преобразователей напряжения с усилителями мощности

При преобразовании больших мощностей, а также когда необходимо уменьшить влияние изменений нагрузки на параметры преобразователя или с малой затратой мощности стабилизировать или регулировать частоту преобразователя, применяют преобразователи напряжения с задающим генератором и усилителем мощности.

В качестве задающего генератора может быть использована любая из ранее рассмотренных схем преобразователей с самовозбуждением. При питании от источников с низким напряжением чаще всего применяются двухтактные схемы со средней точкой или с RC-пепъю, а при питании от источников с повышенным напряжением могут применяться мостовые задающие генераторы.

.Рнс. 17-63. Схемы усилителей мощности.

В усилителях мощности наибольшее распространение получили двухтактная схема (рис. 17-63, а) и мостовая (рис. 17-63,6). Полумостовые схемы применяются реже, так как онн более сложны и требуют либо

отвода от средней точки источника питания (рис. 17-63, е), либо установки двух конденсаторов (рис. 17-63, г). Емкость этих конденсаторов должна быть достаточно большой, чтобы во время заряда и разряда напряжение на них изменялось незначительно.

Двухтактные усилители мощности (рис. 17-63, а) применяются для усиления небольшой мощности (до 100 вт) и при питании от источников с низким напряжением (не более 15-25 в). Усилитель выполняется на двух транзисторах и Гг и выходном трансформаторе Грг- Напряжение управления и у на усилитель мощности подается через трансформатор Tpi от задающего генератора. Под действием входного напряжения в первый полупериод один из транзисторов, например Ti, отпирается и находится в режиме насыщения, а второй Гг запирается и находится в режиме отсечки. Во второй полупериод управляющего напряжения транзисторы переключаются. Через открытый транзистор напряжение питания и прикладывается к первичной обмотке выходного трансформатора, создавая на его вторичной обмотке напряжение прямоугольной формы.

Выходные трансформаторы в усилителях мощности работают в линейном режиме. Габаритная мощность трансформатора в двухтактной схеме приблизительно на 20% больше, чем в других схемах; кроме того, трансформатор следует выполнять с хорошей магнитной связью между первичными полуобмотками, что вызывает определенные технологические трудности его изготовления. Потери в первичной обмотке у такого трансформатора больше, чем у трансформаторов других схем, при одинаковом весе.

В двухтактной схеме усилителя к закрытому транзистору прикладывается удвоенное напряжение питания. Здесь также из-за влияния индуктивности рассеяния возможны перенапряжения. Ориентировочно можно производить выбор транзисторов по напряжению между коллектором и эмиттером, определяемому по формуле (17-141).

В мостовом усилителе мощности (рис. 17-63,6) управляющее напряжение Uy подается от задающего генератора через трансформатор Тр[ на все транзисторы. При этом базовые обмотки включаются так, что одновременно два транзистора на--ходятся в режиме насыщения, например Ti и Ti, а транзисторы Гг и Тз находятся в режиме отсечки. К последним прикладывается напряжение, равное напряжению источника питания, а с учетом возможных перенапряжений

[/э.к 1.2t/n. (17-163)

В следующий полупериод происходит переключение транзисторов.

В мостовой схеме использование трансформатора значительно лучше, чем в двухтактной схеме; кроме того, при одинаковой выходной мощности в мостовой схеме за