Файл: Electron_SE.pdf

331

10. ÏÅÐÅÒÂÎÐÞÂÀËÜͲ ÏÐÈÑÒÐί. ÐÅÃÓËßÒÎÐÈ (ÏÅÐÅÐÈÂÀײ) Ç̲ÍÍÎÃΠÑÒÐÓÌÓ

òàêîæ çàñòîñîâóþòüñÿ ÑÇ, ó ÿêèõ äëÿ ñòâîðåííÿ ³ìïóëüñ³â êåðóâàííÿ

âèêîðèñòîâóºòüñÿ àíîäíà íàïðóãà ñèëîâîãî òèðèñòîðà ÅÊ. Âàð³àíòè

òàêèõ ñõåì íàâåäåí³ íà ðèñ. 10.20,à,á. Ö³ ñõåìè äîñèòü ïðîñò³, ³, êð³ì

òîãî, ³ìïóëüñ êåðóâàííÿ òóò ïîäàºòüñÿ íà òèðèñòîð ò³ëüêè ïðîòÿãîì

÷àñó éîãî âìèêàííÿ. Öèì âèçíà÷àºòüñÿ âèñîêà åêîíîì³÷í³ñòü ñõåì çà

ñïîæèâàíîþ  ïîòóæí³ñòþ.  Íàéá³ëüø  åôåêòèâí³  âîíè  ó  ðåãóëÿòîðàõ

çì³ííîãî ñòðóìó ç âèñîêèì ð³âíåì íàïðóãè ìåðåæ³.

Z

H 

FU 

VS1 

VT 

R1 

a) 

+

-

E

æ

R2 

VD 

³ä ÑÊ

V 

I

êåð

R

îáì

ϑ

sin

U

u

m

ì

=

VS2 

Z

H 

FU 

VS1 

VT 

R1 

á

) 

+

-

R3 

VD1 

V 

I

êåð

R

îáì

ϑ

sin

U

u

m

ì

=

R2 

VD2 

E

æ

³ä ÑÊ

Ðèñ. 10.20 – Ñõåìè çàïóñêó òèðèñòîð³â â³ä àíîäíî¿ íàïðóãè:

à) ç òèðèñòîðíèì îïòðîíîì; á) ç ñèì³ñòîðíèì îïòðîíîì

Ðîëü ³ìïóëüñíèõ ï³äñèëþâà÷³â ó ñõåìàõ ðèñ. 10.20,à,á âèêîíóþòü

îïòðîíí³ êëþ÷³, çà äîïîìîãîþ ÿêèõ ôîðìóþòüñÿ ³ìïóëüñè êåðóâàííÿ

äëÿ íàä³éíîãî âìèêàííÿ òèðèñòîð³â ÅÊ, à òàêîæ âèêëþ÷àºòüñÿ ïîòåíö³-

àëüíèé çâ’ÿçîê ì³æ ñèëîâèìè êîëàìè ³ êîëàìè êåðóâàííÿ (çàáåçïå÷óºòüñÿ

åëåêòðè÷íå ðîçä³ëåííÿ ê³ë). Ó ÿêîñò³ îïòðîííèõ êëþ÷³â âèêîðèñòîâó-

þòü àáî îïòðîííèé òèðèñòîð V (ðèñ. 10.20,à), àáî îïòðîííèé ñèì³ñòîð V

(ðèñ. 10.20,á).

Ðîáîòà öèõ ñõåì ïîëÿãຠó òîìó, ùî ïðè íàÿâíîñò³ ñèãíàëó íà âèõîä³

ñèñòåìè êåðóâàííÿ ÑÊ òðàíçèñòîð VÒ âìèêàºòüñÿ ³ íà êåðóþ÷å êîëî

îïòðîííèõ êëþ÷³â ïîäàºòüñÿ íåîáõ³äíà äëÿ ¿õíüîãî âìèêàííÿ íàïðóãà.

Êîëè íàïðóãà íà àíîä³ ñèëîâîãî òèðèñòîðà, íàïðèêëàä, VS1, äîñÿãíå

332

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

çíà÷åííÿ, ïðè ÿêîìó ñòðóì ÷åðåç îáìåæóþ÷èé ðåçèñòîð R

îáì

 äîñÿãíå

âåëè÷èíè ñòðóìó âìèêàííÿ ²

êåð0

 öüîãî òèðèñòîðà, â³í â³äêðèâàºòüñÿ ³ øóí-

òóº ãîëîâíå êîëî îïòðîííîãî êëþ÷à. Ïðè öüîìó ñòðóì ó êîë³ êåðóâàííÿ

VS1 ïðèïèíÿºòüñÿ. Òîáòî ñòðóì ó êîë³ êåðóâàííÿ òèðèñòîðà ³ñíóº ò³ëüêè

ïðîòÿãîì ÷àñó éîãî âìèêàííÿ. Ó ïðîòèëåæíó ï³âõâèëþ íàïðóãè ìåðåæ³ ó

òàêèé ñàìèé ñïîñ³á áóäå â³äêðèâàòèñÿ ïàðàëåëüíèé ñèëîâèé òèðèñòîð.

Çà â³äñóòíîñò³ ñèãíàëó â³ä ÑÊ îïòðîíí³ êëþ÷³ âèìêíåí³ ³ êåðóþ÷³ ñèã-

íàëè íà òèðèñòîðè ÅÊ íå ïîäàþòüñÿ.

ijîäè VD1 ³ VD2 ïðèçíà÷åí³ äëÿ çàõèñòó ê³ë êåðóâàííÿ òèðèñòîð³â

ÅÊ â³ä ä³¿ íåäîïóñòèìî¿ çâîðîòíî¿ íàïðóãè. Óñ³ ðåçèñòîðè, îêð³ì R

îáì

 òà

R

1

, ùî çàäຠâåëè÷èíó ñòðóìó ñâ³òëîä³îäà îïòðîíà, º óçãîäæóâàëüíèìè

åëåìåíòàìè. Âîíè ï³äâèùóþòü çàâàäîñò³éê³ñòü ñõåìè.

Î÷åâèäíî, ùî ÷àñ âìèêàííÿ t

â

 ñèëîâèõ òèðèñòîð³â ó äàíèõ ñõåìàõ

áóäå ìàêñèìàëüíèì ïðè àêòèâíîìó íàâàíòàæåíí³ (

0

;

0

≠

=

í

í

R

L

) ³

êóò³ êåðóâàííÿ 

.

0

=

α

 Öåé ÷àñ ìîæíà âèçíà÷èòè ç âèðàçó:

;

)

(

sin

0

ôm

í

îáì

êåð

â

U

R

R

I

t

+

≅

ω

;

)

(

arcsin

1

0

ôm

í

îáì

êåð

â

U

R

R

I

t

+

ω

≅

                        (10.30)

ïðè 

îáì

í

R

R <<

,

arcsin

1

0

ôm

îáì

êåð

â

U

R

I

t

ω

≅

äå 

;

2 f

π

=

ω

U

ôm

 – àìïë³òóäíå çíà÷åííÿ ôàçíî¿ íàïðóãè ìåðåæ³.

Âåëè÷èíà îïîðó îáìåæóþ÷îãî ðåçèñòîðà R

îáì

 çà óìîâè ìàêñèìàëü-

íî¿ ïåðåäà÷³ ïîòóæíîñò³ âèçíà÷àºòüñÿ ç âèðàçó (10.24). Îäíàê îòðèìà-

íå ó òàêèé ñïîñ³á çíà÷åííÿ îïîðó ïîâèííå îáîâ’ÿçêîâî çàäîâîëüíÿòè

íåð³âíîñò³

.

sin

êåðìàêñ

ôm

îáì

I

U

R

α

≥

(10.31)

Ïðè àêòèâíî-³íäóêòèâíîìó íàâàíòàæåíí³ (

îáì

í

í

í

R

R

R

L

<<

≠

≠

;

0

;

0

)

÷àñ âìèêàííÿ ñèëîâèõ òèðèñòîð³â áóäå âèçíà÷àòèñÿ ç âèðàçó:

333

10. ÏÅÐÅÒÂÎÐÞÂÀËÜͲ ÏÐÈÑÒÐί. ÐÅÃÓËßÒÎÐÈ (ÏÅÐÅÐÈÂÀײ) Ç̲ÍÍÎÃΠÑÒÐÓÌÓ

,

sin

)

1

(

0

êåð

îáì

ôm

t

I

R

U

e

â

≅

α

−

τ

−

                           (10.32)

äå 

îáì

í

R

L

=

τ

 – ñòàëà ÷àñó êîëà êåðóâàííÿ;

ñò

îáì

ôm

I

R

U

=

α

sin

 – ñòàëå çíà÷åííÿ ñòðóìó ó êîë³ êåðóâàííÿ;

R

îáì

 – çíàõîäÿòü ³ç âèðàç³â (10.24) ³ (10.31).

ϳñëÿ â³äïîâ³äíèõ ïåðåòâîðåíü ìàºìî:

).

1

ln(

0

ñò

êåð

â

I

I

t

−

τ

=

                                    (10.33)

Ïðè âèáîð³ òèïó îïòðîííîãî êëþ÷à äëÿ ðîçãëÿíóòèõ ñõåì íåîáõ³äíî

âèõîäèòè ç òàêîãî:

1) ðîáî÷à íàïðóãà îïòðîííîãî êëþ÷à ïîâèííà â³äïîâ³äàòè ðîáî÷³é

íàïðóç³ ñèëîâèõ òèðèñòîð³â, òîáòî ¿õí³ êëàñè çà íàïðóãîþ ïîâèíí³ áóòè

ð³âíîö³ííèìè;

2) ìàêñèìàëüíèé äîïóñòèìèé ³ìïóëüñíèé ñòðóì îïòðîííîãî êëþ÷à

ïîâèíåí áóòè íå ìåíøèì çà ²

êåðìàêñ

 ñèëîâîãî òèðèñòîðà;

3) ìàêñèìàëüíèé ÷àñ ïðîò³êàííÿ ñòðóìó ÷åðåç îïòðîííèé êëþ÷ âè-

çíà÷àºòüñÿ ç âèðàçó (10.30) àáî (10.33).

Ðîçãëÿíóò³ âàð³àíòè ÑÇ ïðèäàòí³ ³ äëÿ âìèêàííÿ ïîòóæíèõ ñèì³ñòîð³â

òà îïòðîííèõ òèðèñòîð³â.

Ó íåðåãóëüîâàíèõ ÅÊ, ïðèçíà÷åíèõ äëÿ íå÷àñòèõ âìèêàíü, çàì³ñòü

îïòðîííèõ êëþ÷³â çàçâè÷àé âèêîðèñòîâóþòü íåäîðîã³ ³ âèñîêîíàä³éí³

ìàãí³òîêåðîâàí³ ãåðìåòè÷í³ ìàëîïîòóæí³ êîíòàêò蠖 ãåðêîíè.

ÑÇ ñèëîâèõ á³ïîëÿðíèõ ³ ïîëüîâèõ òðàíçèñòîð³â ÿâëÿþòü ñîáîþ

çâè÷àéí³ ³ìïóëüñí³ ï³äñèëþâà÷³, ùî çàáåçïå÷óþòü çà ñèãíàëîì êåðó-

âàííÿ ñòðèáêîïîä³áíèé ïåðåõ³ä öèõ òðàíçèñòîð³â ó ðåæèì íàñè÷åííÿ

(ïîâí³ñòþ â³äêðèòèé ñòàí). Òîáòî ÑÇ çàáåçïå÷óþòü ðîáîòó òðàíçèñ-

òîð³â ó êëþ÷îâîìó ðåæèì³, ùî ³ º îñíîâíèì ðîáî÷èì ðåæèìîì ïðè âè-

êîðèñòàíí³ öèõ ïðèëàä³â ó ñêëàä³ ðåãóëÿòîðà.

Íà ðèñ. 10.21 íàâåäåíî ÑÇ ñèëîâîãî á³ïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà, ùî

ÿâëÿº ñîáîþ äâîêàñêàäíèé ï³äñèëþâà÷, âèêîíàíèé íà ìàëîïîòóæíèõ á³-

ïîëÿðíèõ òðàíçèñòîðàõ VT1 ³ VT2 ³ç ð³çíèì òèïîì ïðîâ³äíîñò³. Çà íàÿâíîñò³

334

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

ïîçèòèâíîãî êåðóþ÷îãî ³ìïóëüñó

íàïðóãè U

êåð

 íà âõîä³ òðàíçèñòî-

ðà VT1, ïîòóæíèé òðàíçèñòîð VT

ï³ä ä³ºþ âåëèêîãî êîëåêòîðíîãî

ñòðóìó  òðàíçèñòîðà  VT2  çíà-

õîäèòüñÿ  ó  ðåæèì³  íàñè÷åííÿ

(

6

5

R

R <<

).  Çà  â³äñóòíîñò³  ³ì-

ïóëüñó òðàíçèñòîð VT ï³ä ä³ºþ

íåãàòèâíî¿ íàïðóãè U

2

 çíàõîäèòü-

ñÿ ó ðåæèì³ â³äòèíàííÿ. ÑÇ òàêî-

ãî ñàìîãî òèïó ìîæå âèêîðèñòî-

âóâàòèñÿ ³ äëÿ êåðóâàííÿ ñèëîâèì

ïîëüîâèì òðàíçèñòîðîì.

Ïðè  ñòâîðåíí³  ÑÇ  äâîîïåðàö³éíèõ  òèðèñòîð³â  ³  ñèëîâèõ  ÁÒ²Ç

ñë³ä âðàõîâóâàòè ñïåöèô³êó ïðîöåñ³â ïðè êîìóòàö³¿ öèõ ïðèëàä³â.

Òàê ïðè âèìèêàíí³ äâîîïåðàö³éíîãî òèðèñòîðà íåîáõ³äíî êîðîòêî÷àñíî

(íà 10–100 ìêñ) ñòâîðèòè äîñèòü çíà÷íèé çàïèðàþ÷èé ñòðóì êåðóâàí-

íÿ. ßê ïðàâèëî, â³äíîøåííÿ àíîäíîãî çàïèðàþ÷îãî ñòðóìó äî ñòðóìó

êåðóâàííÿ íå ïîâèííå ïåðåâèùóâàòè 5–10 ðàç³â. Öüîãî ìîæíà äîñÿãòè,

íàïðèêëàä, ï³äìèêàþ÷è çà ñèãíàëîì êåðóâàííÿ ïîïåðåäíüî çàðÿäæå-

íèé êîíäåíñàòîð íåîáõ³äíî¿ ºìíîñò³ äî êåðóþ÷îãî ïåðåõîäó òèðèñòîðà.

Ïðè öüîìó òðèâàë³ñòü ïðîò³êàííÿ ðîçðÿäíîãî ñòðóìó ³ éîãî âåëè÷èíà

ïîâèíí³ áóòè äîñòàòí³ìè äëÿ íàä³éíîãî çàïèðàííÿ òèðèñòîðà.

Ïðè ïðîåêòóâàíí³ ê³ë êåðóâàííÿ ÁҲǠíåîáõ³äíî âðàõîâóâàòè åôåêò

̳ëëåðà, ïîâ’ÿçàíèé ³ç âïëèâîì íàïðóãè êîëåêòîð-åì³òåð ÷åðåç ïàðà-

çèòíó ºìí³ñòü ì³æ çàòâîðîì ³ êîëåêòîðîì 

ÇÊ

Ñ

 íà ïîòåíö³àë çàòâîðó

òðàíçèñòîðà. Ïðè öüîìó çì³íà íàïðóãè 

ÊÅ

U

 ä³º ÿê äåÿêå îêðåìå äæåðå-

ëî ñòðóìó ó êîë³ êåðóâàííÿ çàòâîðîì, ïðè÷îìó ñòðóì ÷åðåç ºìí³ñòü 

ÇÊ

Ñ

ìîæå áóòè âèçíà÷åíèé ÿê 

.

dt

dU

Ñ

I

ÊÅ

ÇÊ

Ç

=

 ªìí³ñòü 

ÇÊ

Ñ

 íå ïîñò³éíà, à

çì³íþº ñâçíà÷åííÿ ç³ çì³íîþ íàïðóãè 

,

ÊÅ

U

 òîáòî 

).

(

ÊÅ

ÇÊ

U

f

C =

Íàéá³ëüø³ çì³íè 

ÇÊ

Ñ

 â³äáóâàþòüñÿ ïðè ìàëèõ çíà÷åííÿõ 

.

ÊÅ

U

Çàâäÿêè åôåêòó Ì³ëëåðà, ïðè âìèêàíí³ òà âèìèêàíí³ ÁҲǠñòðóì çàòâî-

ðó ñïî÷àòêó âèêîðèñòîâóºòüñÿ äëÿ ïåðåçàðÿäó ºìíîñò³ êîëåêòîð-çàòâîð.

Ñë³ä çàçíà÷èòè, ùî çì³íè 

ÇÊ

Ñ

 ³ 

ÊÅ

U

 çâ’ÿçàí³ òàê, ùî äëÿ ïåðåçàðÿäó

ºìíîñò³ 

ÇÊ

Ñ  çàâæäè âèñòà÷ຠñòðóìó çàòâîðà. Öå îçíà÷àº, ùî ïðè á³ëüøîìó

VT

R3

VT2

VT1

R2

+

-

U

æ

R6

VD

U

êåð

R4

R5

R1

+

-

U

2

Ðèñ. 10.21 – Ñõåìà çàïóñêó ñèëîâîãî

á³ïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà

335

10. ÏÅÐÅÒÂÎÐÞÂÀËÜͲ ÏÐÈÑÒÐί. ÐÅÃÓËßÒÎÐÈ (ÏÅÐÅÐÈÂÀײ) Ç̲ÍÍÎÃΠÑÒÐÓÌÓ

çíà÷åíí³ îïîðó â êîë³ çàòâîðà âñ³ ïåðåõ³äí³ ïðîöåñè òðèâàþòü â³äïîâ³äíî

äîâøå. Òîáòî äëÿ ïðîöåñ³â âìèêàííÿ òà âèìèêàííÿ ïîòð³áíî á³ëüøå ÷àñó.

Íàéïðîñò³øà ÑÇ ñèëîâîãî

ÁҲǠ³ç âèêîðèñòàííÿì àêòèâ-

íîãî îïîðó â éîãî êîë³ êåðó-

âàííÿ íàâåäåíà íà ðèñ. 10.22.

Ïðè ïîçèòèâí³é ïîëÿðíîñò³

³ìïóëüñó êåðóâàííÿ, ùî íàä-

õîäèòü íà âõ³ä ÑÇ òðàíçèñòîð

VT1  ï³äìèêຠ äæåðåëî  æèâ-

ëåííÿ +U

æ1

 ÷åðåç ðåçèñòîð R

ç

äî çàòâîðà VT3, çàáåçïå÷óþ-

÷è ó òàêèé ñïîñ³á éîãî íàä³éíå

âìèêàííÿ. Ïðè íåãàòèâí³é ïî-

ëÿðíîñò³ ³ìïóëüñó êåðóâàííÿ

àíàëîã³÷íî, àëå âæå çà äîïî-

ìîãîþ òðàíçèñòîðà VT2 ³ äæåðåëà -U

æ2

 â³äáóâàºòüñÿ âèìèêàííÿ ÁÒ²3.

Øâèäê³ñòü âìèêàííÿ ³ âòðàòè ïðè íüîìó ìîæíà ëåãêî ðåãóëþâàòè

çì³íîþ âåëè÷èíè îïîðó ðåçèñòîðà R

ç

. Îäíàê ïðè âèìèêàíí³ òðàíçèñ-

òîðà ìîæíà øâèäê³ñòü âèìèêàííÿ ðåãóëþâàòè ëèøå äî ìîìåíòó äî-

ñÿãíåííÿ êîëåêòîðíèì ñòðóìîì çíà÷åííÿ, ùî äîð³âíþº òàê çâàíîìó

“çàëèøêîâîìó ñòðóìîⳔ. Çíà÷åííÿ îñòàííüîãî ³ øâèäê³ñòü éîãî ñïàäàí-

íÿ âèçíà÷àþòüñÿ ò³ëüêè êîíñòðóêö³ºþ êîíêðåòíîãî òèïó ÁÒ²Ç.

Ïðè U

äæ1 

= +15 òà U

äæ2 

= -5 Â òàêà ñõåìà ÑÇ çàáåçïå÷óº ðîáîòó

ÁҲǠó êëþ÷îâîìó ðåæèì³. Ïðè öüîìó ì³í³ìàëüíå ïàä³ííÿ íàïðóãè íà

òðàíçèñòîð³ â ðåæèì³ íàñè÷åííÿ ëåæèòü ó ìåæàõ U

ÊÅíàñ

 = 2,8 

¸

 3,2 Â.

Öå ³ñòîòíî âèùå í³æ ó ñèëîâèõ á³ïîëÿðíèõ òðàíçèñòîð³â ³ îäíîîïåðàö³é-

íèõ òèðèñòîð³â, ùî ïðàöþþòü ó ðåæèì³ êëþ÷à. Òîìó ïðè ñòâîðåíí³ ÅÊ

íà îñíîâ³ ñèëîâèõ ÁҲǠçàâæäè íåîáõ³äíî öå âðàõîâóâàòè, çàáåçïå÷óþ÷è

íàëåæíèé òåïëîâ³äâ³ä â³ä ïðèëàäó.

Íà ðèñ. 10.23 íàâåäåíî á³ëüø äîñêîíàëó ÑÇ. Âîíà âèêîíàíà íà êîìïëå-

ìåíòàðí³é ïàð³ ïîëüîâèõ òðàíçèñòîð³â ç ³çîëüîâàíèì çàòâîðîì ³ â íå¿

äîäàòêîâî ââåäåí³ ëàíöþãè îáìåæåííÿ íàïðóãè íà çàòâîð³ (³íäóêòèâí³ñòü

L

Ç

, âèñîêî÷àñòîòíèé ä³îä VD ³ êîíäåíñàòîð Ñ

Ç

). Çàâäÿêè öüîìó ³ñòîòíî

çíèæóþòüñÿ êîðîòêî÷àñí³ ñòðèáêè ñòðóìó òà íàïðóãè ó âèõ³äíîìó êîë³

ÁÒ²Ç, ùî ìàþòü ì³ñöå ïðè ïåðåõ³äíèõ ïðîöåñàõ, ÿê ó ñèëîâîìó êîë³,

+U

æ1

VT1

-U

æ2

R

Ç

V

Ò3

U

êåð

Ç

(ON)

E

(OFF)

Ê

VT2

Ðèñ. 10.22 – Ñõåìà çàïóñêó ÁÒ²Ç

÷åðåç àêòèâíèé îï³ð