Формирователи импульсов управления

Полупроводниковыми ключами

ФИУ биполярного транзистора

ФИУ биполярного транзистора вырабатывает импульсы управления необходимой мощности и формы, чтобы выполнялись следующие условия:

снижение времени задержки на включение за счет повышенной амплитуды тока базы при включении;

уменьшение накопленного заряда в базе после включения путем снижения тока базы;

ускорение выключения транзистора за счет подачи на базу импульса обратного тока;

снижение тока утечки транзистора после его выключения за счет приложения обратного напряжения база-эмиттер.

Наилучшие формы тока базы i_Б и напряжения база-эмиттер u_БЭ, удовлетворяющие перечисленным условиям, показаны на рис. 4.13.

 

tвыкл

tвкл

iБ uБЭ

iБ uБЭ

t

Рис. 4.13. Типовые формы сигналов управления ключевым режимом работы биполярного транзистора

 

 

В аппаратах применяют различные по сложности ФИУ, обеспечивающие в той или иной степени приближение импульсов управления к форме, показанной на рис. 4.13. Для уменьшения потребляемой мощности применяют схемы ФИУ с парными (комплиментарными) транзисторами, работающими попеременно при включении и выключении. Один из вариантов схемы ФИУ показан на рис. 4.14.

+Е1

-Е2

~uу

R4

R3

VT4

R2

VT3

VT2

VT1

C

R1

Рис. 4.14. Формирователь импульсов управления биполярным транзистором

 

Если импульс управления u_у не подается (u_у=0), то транзистор VT4 открыт. Открыт также транзистор VT2 током коллектора VT4. Силовой транзистор VT1 включен усиленным током эмиттера транзистора VT2. Транзистор VT3 заперт, т.к. потенциал его базы положительный по отношению к потенциалу на эмиттере. Конденсатор С заряжен током базы силового транзистора VT1.

В момент поступления импульса u_у>0 транзисторы VT4 и VT2 закрываются, а транзистор VT3 включается напряжением конденсатора С. Разряжаясь, конденсатор создает запирающий ток базы силового транзистора VT1.

 

ФИУ полевого транзистора

ФИУ полевого транзистора большой мощности реализуют по типовой схеме двухтактного эмиттерного повторителя на парных биполярных транзисторах (рис. 4.15).

Рис. 4.15. ФИУ полевого транзистора

R2

VT3

VT2

VT1

R1

 

 

В этой схеме учитываются особенности полевого транзистора:

при постоянном напряжении затвор – исток через затвор протекает незначительный порядка нескольких наноампер ток;

на процессы включения и выключения транзистора значительное влияние оказывает его входная емкость, скорость перезаряда которой определяет время включения и выключения транзистора.

Биполярные транзисторы в схеме на рис. 4.15 исполняют роль источников тока, ускоряющих перезаряд входной емкости полевого транзистора.

 

ФИУ тиристора

ФИУ тиристора вырабатывает и подает на управляющий электрод тиристора импульсы на включение тиристора. Импульсы подаются тогда, когда напряжение анод-катод тиристора положительно. В противном случае включение тиристора не произойдет.

Для ускорения включения тиристора при условии, что скорость нарастания анодного тока должна быть ограничена определенной величиной, импульс тока на включение должен иметь крутой фронт и повышенную амплитуду в начальный момент (рис. 4.16а).

+Е

0 t

iу

iу

TV

VS

VD3

VD2

VD1

R2

R1

VT

а)

б)

Рис. 4.16. Идеализированная форма импульса тока включения тиристора (а) и ФИУ тиристора (б)

 

 

Включающий импульс тока i_у должен иметь необходимую длительность для гарантированного включения тиристора.

Типовая схема ФИУ с импульсным трансформатором TV приведена на рис. 4.16б для однооперационного тиристора VS. Диод VD1 и стабилитрон VD2 обеспечивают перемагничивание трансформатора и предотвращают перенапряжение на транзисторе VТ. Резистор R1 ограничивает ток коллектора транзистора VТ и одновременно ток i_у управления тиристором. Резистор R2 защищает тиристор от включения помехами. Диод VD3 предотвращает появление отрицательного напряжения на управляющем электроде тиристора.

Схема ФИУ для двухоперационного тиристора значительно сложнее схемы приведенной на рис. 4.16б. По топологии она близка к схемам ФИУ биполярного транзистора.

 

Интегрированные функциональные элементы

И устройства

Интегральные схемы

В целях повышения КПД, снижения энергопотребления, уменьшения массы и габаритов аппарата применяют интегральные схемы²¹ (ИС) в составе устройства (системы) управления электронного аппарата. С их помощью осуществляется выработка и преобразование так называемых сигналов информационного уровня, напряжением, как правило, до 10 В.

По функциональному признаку ИС принято разделять на цифровые и аналоговые ИМС.

Основной особенностью цифровых ИС является то, что обрабатываемые ими сигналы имеют вид импульсов с двумя четко выраженными уровнями: высокий уровень 5…10 В соответствует логической 1, низкий уровень 0…1 В соответствует логическому 0. Цифровые ИС применяются для обработки цифровых сигналов, представляющих собой коды зашифрованной информации.

Наиболее простыми и распространенными цифровыми ИМС являются логические элементы. Далее по мере возрастания сложности выполняемых операций выделяют:

цифровой узел (логическая схема), который представляет собой несколько логических элементов, выполняющих в совокупности определенную функцию;

цифровое устройство в виде комплекса узлов, выполняющее на основе логических, вычислительных и других операций сложные функции управления.

Аналоговые ИС предназначены для обработки аналоговых (непрерывных во времени) сигналов. Аналоговые сигналы несут информацию, которая соответствует изменениям какого-либо параметра (амплитуды, частоты и т.д.) напряжения или тока, причем эти изменения являются непрерывными во времени. В настоящее время из аналоговых ИС широкое применение получили операционные усилители²² (ОУ).