Главная -> Книги

(0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) ( 22 ) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (64) (65) (66) (67) (68) (69) (70) (71) (72) (73) (74) (75) (76) (77) (78) (79) (80) (81) (82) (83) (84) (85) (86) (87) (88) (89) (90) (91) (92) (93) (94) (95) (96) (97) (98) (99) (100) (101) (102) (103) (104) (105) (106) (107) (108) (109) (110) (22)

Чтобы гарантированно открыть транзистор, необходимо зарядить его входную емкость до напряжения 10-12 В. Сделать этот процесс достаточно быстрым - задача непростая, поскольку в любом усилительном приборе, будь то транзистор или электронная лампа, существует так называемый эффект Миллера. Производители транзисторов ведут борьбу с эффектом Миллера, так как подавление его оказывает самое сильное влияние на скорость переключения транзистора и в итоге на качество ключевого элемента. Знакомство с эффектом Миллера поможет лучше понять процессы, происходящие в транзисторе при управлении.

Итак, наличие эффекта Миллера обуславливается существованием емкости Сз, которая является отрицательной обратной связью между входом и выходом транзистора. Сам прибор нужно рассматривать как усилительный каскад, выходной сигнал которого снимается с нагрузки в цепи стока. В таком каскаде выходной сигнал будет сдвинут по фазе относительно входного на 180°. Обратная связь С настолько сильно уменьшает амплитуду входного сигнала, что по отношению к нему входная емкость транзистора, обозначенная на рис. 5.5, кажется больше, чем она есть на самом деле:

где Ку = SR„ - коэффициент усиления каскада;

S- крутизна транзистора (величина, характеризующая полевой транзистор как усилительный элемент).

Простой расчет красноречиво свидетельствует о том, насколько неприятен эффект Миллера.


Рис. 5.4. Паразитные емкости в составе полевого транзистора

+Un Rh

Рис. 5.5. К пояснению эффекта Миллера



Пусть С,„ = 35 пФ, С, = 6 пФ, 5 = 250 мА/В, i?„ = 200 Ом. С;, = 35 + (1 + 50)6 = 341 пФ(!)

Мы видим, что эффект Миллера вполне способен уничтожить замечательные свойства полевого транзистора. К счастью, фирмы-производители достигли больших успехов в снижении емкости С,, так что на сегодняшний день эффект Миллера не вызывает серьезных опасений. Тем не менее терять его из вида разработчику ни в коем случае нельзя.

Итак, рассмотрим процессы, происходящие в транзисторе при его переключении. В этом нам поможет простая схема, изображенная на рис. 5.6.

9+Un

Рис. 5.6. к расчету времени коммутации транзистора

Напряжение U, прикладываемое к затвору, имеет вид, изображенный на рис. 5.7. При подаче прямоугольного импульса от источника C/j, имеющего некоторое внутреннее сопротивление R, сначала происходит заряд емкости (участок «1» на рис. 5.7). Но транзистор в это время закрыт, - он начнет открываться только при достижении напряжения некоторого значения, называемого пороговым напряжением {Ugf в обозначениях фирмы International Rectifier). Типичное значение порогового напряжения - 2...5 В. При достижении

порогового уровня «срабатывает» эффект Миллера, входная емкость резко увеличивается, что иллюстрируется участком «2» (на рис. 5.7). Скорость открывания транзистора замедляется. «Медленный» участок будет длиться до тех пор, пока транзистор полностью не откроется, то есть сопротивление открытого р-п перехода не достиг-



нет значения Яф„). Обратная связь оборвется, транзистор потеряет свои усилительные свойства, и входная емкость снова станет равной (участок «3» на рис. 5.7). В результате на затворе установится напряжение С/3.


Рис.-5.7. Временные диаграммы коммутационных процессов в полевом транзисторе

В результате процесса включения выходной импульс тока стока задерживается относительно импульса управления на время t, а выключение транзистора растягивается на время f. Нас, как практиков, процесс переключения транзистора интересует с точки зрения КПД схемы. Чем быстрее мы сможем переключать транзистор, тем меньше будет тепловых потерь на нем, тем лучшие показатели КПД мы получим, тем меньшие габариты охлаждающих радиаторов необходимы в конструкции. Поэтому нам нужно уметь вычислять время включения и выключения транзистора, а также их влияние на тепловые потери.

К сожалению, из-за сложного характера процесса заряда затвора и нелинейности паразитных емкостей мы не в праве считать время заряда входной емкости методом заряда простой RC-цепи (схема приведе-



(0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) ( 22 ) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (64) (65) (66) (67) (68) (69) (70) (71) (72) (73) (74) (75) (76) (77) (78) (79) (80) (81) (82) (83) (84) (85) (86) (87) (88) (89) (90) (91) (92) (93) (94) (95) (96) (97) (98) (99) (100) (101) (102) (103) (104) (105) (106) (107) (108) (109) (110)