stringtranslate.com

Зажим Бейкера

Зажим Бейкера — это общее название класса электронных схем, которые сокращают время хранения переключающего биполярного транзистора (BJT) за счет применения нелинейной отрицательной обратной связи через различные виды диодов . Причиной медленного выключения насыщенных биполярных транзисторов является накопленный заряд в базе. Его необходимо удалить до того, как транзистор выключится, поскольку время хранения является ограничивающим фактором использования биполярных транзисторов и IGBT в приложениях с быстрым переключением. Зажимы Бейкера на основе диода предотвращают насыщение транзистора и тем самым накопление большого количества накопленного заряда. [1]

Источник

Стандартная двухдиодная схема фиксации Бейкера, включающая ток обратной связи I 1 , уменьшающий ток базы I b
Альтернатива зажиму Бейкера в транзисторе Шоттки

Зажим Бейкера назван в честь Ричарда Х. Бейкера, который описал его в своем техническом отчете 1956 года «Схемы переключения транзисторов с максимальной эффективностью». [2] Бейкер назвал эту технику «обратным зажимом», но схема теперь называется зажимом Бейкера. Многие источники доверяют отчету Бейкера о схеме с двумя диодами. [3] [4] [5] Также в 1956 году Бейкер описал схему в заявке на патент; в патенте США 3,010,031, выданном в 1961 году [6], утверждается использование зажима в симметричных триггерных схемах.

Говорят, что подобные зажимные схемы были известны и до доклада Бейкера. Кюттяля заявляет: «Хотя изобретение схемы фиксации Бейкера приписывают Ричарду Х. Бейкеру (патент США 3 010 031), это уже было общеизвестно в 1953 году и описано в вводных статьях по транзисторам, написанных Ричардом Ф. Ши». [7] Однако в книге Ши по транзисторам 1953 года не описывается подобная схема фиксации. [8] В тексте Ши 1957 года описана схема зажима и есть ссылки на технический отчет Бейкера. [3]

Есть и другие схемы зажима. В руководстве 1959 года описан метод, называемый «фиксацией насыщения». [9] В этой схеме имеется источник питания ограничения насыщения напряжением около 2 В, подключенный к коллектору с помощью диода ограничения насыщения. Когда транзистор приближается к насыщению, фиксирующий диод включается и подает дополнительный ток коллектора, чтобы предотвратить насыщение транзистора. Источник питания ограничения насыщения должен обеспечивать значительный ток. [10] Напротив, зажим Бейкера уменьшает ток базы транзистора, а не увеличивает ток коллектора.

В другой схеме фиксации используется одиночный диодный зажим. [9] Он уменьшает базовый привод по мере приближения транзистора к насыщению, но использует сеть резисторного делителя.

Цепи фиксации также использовались для ускорения переходов отсечки. Когда транзистор закрыт, выходной сигнал аналогичен RC-цепи, которая экспоненциально затухает до своего конечного значения. По мере того как схема приближается к своему конечному значению, ток для зарядки конденсатора становится меньше, поэтому скорость приближения уменьшается. Для достижения 90 процентов конечного значения требуется около 2,3 постоянных времени. [11] Ограничение отсечки уменьшает размах выходного напряжения, но ускоряет переход. Уменьшение напряжения коллектора до 63 процентов от конечного значения позволяет увеличить скорость в два раза. [12]

Основная идея

Зажим Бейкера ограничивает разницу напряжений между эмиттером и коллектором, отводя ток базы через коллектор. Это вводит нелинейную отрицательную обратную связь в каскад с общим эмиттером (BJT-переключатель) с целью избежать насыщения за счет уменьшения усиления вблизи точки насыщения. Пока транзистор находится в активном режиме и находится достаточно далеко от точки насыщения, отрицательная обратная связь отключается и коэффициент усиления максимален; когда транзистор приближается к точке насыщения, постепенно включается отрицательная обратная связь, и коэффициент усиления быстро падает. Для уменьшения коэффициента усиления транзистор действует как шунтирующий стабилизатор по отношению к собственному переходу база-эмиттер: он отводит часть тока базы на землю, подключая стабильный по напряжению элемент параллельно переходу база-эмиттер.

Выполнение

Двухдиодная схема фиксации Бейкера показана на рисунке из патента Бейкера и во многих других публикациях. [9] Диод обратной связи (D1) между коллектором и входом ограничивает напряжение коллектора примерно до V BE , отводя чрезмерный входной ток через коллектор на землю. [13] Дополнительный кремниевый диод подключается последовательно с базовой клеммой для повышения эффективного входного напряжения; фиксирующий диод в обратной связи коллектор-база иногда изготавливается из германия, чтобы минимизировать падение напряжения на нем. [6] Базовый диод позволяет использовать кремниевый диодный ограничитель с кремниевым транзистором и удерживать напряжение V CE около падения напряжения на диоде, которое намного превышает значение V CE(sat) . К сожалению, он выключается и создает обратный путь с высоким импедансом при попытке выключить транзистор. Хотя базовый заряд был минимизирован, теперь стало труднее извлечь заряд из базы.

Второй базовый диод, подключенный антипараллельно базовому диоду (D 2 на схеме Бейкера), обеспечит обратный путь с низким импедансом для удаления накопленного базового заряда в транзисторе. Эту трехдиодную схему в некоторых источниках до сих пор называют зажимом Бейкера, [14] , в то время как другие называют только двухдиодную схему зажимом Бейкера. [15]

Простая альтернатива зажиму Бейкера — одиночный низковольтный диод от коллектора к базе. Для хорошей работы прямое падение напряжения на диоде должно быть меньше, чем падение база-эмиттер, поэтому германиевые диоды и диоды Шоттки с низким падением напряжения можно использовать с кремниевыми транзисторами (прямое падение напряжения на диоде Шоттки намного меньше, чем на диоде Шоттки). VBE напряжение смещения кремниевого транзистора и он быстро переключается). Альтернативная схема фиксации диода соединяет диод с соединением двух резисторов смещения базы. [9] Современное решение состоит в том, чтобы объединить комбинацию диода Шоттки и транзистора в один транзистор Шоттки . В некоторых источниках эту конфигурацию также называют зажимом Бейкера. [16]

Клеммы Бейкера также используются в силовых установках, и выбор диодов является важной проблемой при проектировании. [17]

Одним из недостатков клещей Бейкера является повышенный уровень низкого выходного напряжения (как в транзисторе Дарлингтона ). В логических схемах снижает помехоустойчивость; в силовых приложениях увеличивает рассеиваемую мощность.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Саймон С. Анг (1995). Силовые преобразователи. Марсель Деккер. п. 340. ИСБН 978-0-8247-9630-3.
  2. ^ Р. Х. Бейкер (1956), «Схемы переключения с максимальной эффективностью», Отчет лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института TR-110 , заархивировано из оригинала 21 января 2015 г.
  3. ^ аб Ричард Ф. Ши, изд. (1957). Транзисторная схемотехника. Уайли. п. 322.
  4. ^ Эрнст Блейлер (1964). Методы экспериментальной физики. Том. 2: Электронные методы. Академическая пресса. ISBN 978-0-12-475902-2.
  5. ^ Подразделение полупроводниковой продукции, Motorola Inc.; Рор, Уильям Д.; Торп, Даррелл (1963). Справочник по переключающим транзисторам. Полупроводниковая продукция Motorola. п. 32.
  6. ^ ab US 3010031, Бейкер, Ричард Х., «Симметричная схема переключения транзистора с обратным зажимом», опубликовано 24 октября 1956 г., выпущено 21 ноября 1961 г. 
  7. ^ Кюттяля, Теему (2008), Твердотельные гитарные усилители, стр. 128. Хотя изобретение схемы Бейкера-зажима приписывается Ричарду Х. Бейкеру (патент США 3 010 031), оно уже было общеизвестно в 1953 году и описано в вводных статьях по транзисторам, написанных Ричардом Ф. Ши.[ постоянная мертвая ссылка ]
  8. ^ Ши, Ричард Ф., изд. (1953), Принципы транзисторных схем , Нью-Йорк: Wiley; также опубликовано Chapman & Hall, Лондон.
  9. ^ abcd Департамент армии (1963) [1959], Основная теория и применение транзисторов; Техническое руководство 11-690 , Дувр, стр. 195–199.
  10. ^ Ток коллектора транзистора будет I C = βI B ; все, что не поступает от нагрузки, поступает от источника питания фиксатора насыщения.
  11. ^ ln(1 - 0,9) = -2,302585 .
  12. ^ ln(1 - 0,63) = -0,99425 .
  13. ^ Нил Чаддертон и Дино Розальди (май 1996 г.). «Высокочастотное преобразование постоянного тока в постоянный с использованием сильноточных биполярных транзисторов: работа на частоте 400 кГц с устройствами с оптимизированной геометрией» (PDF) . Зетекс. Архивировано из оригинала (PDF) 22 декабря 2009 г.
  14. ^ Рор, Уильям Д., изд. (2001), Руководство по применению выпрямителей: Справочное руководство и руководство по проектированию (PDF) (2-е издание), ON Semiconductor, заархивировано из оригинала (PDF) 7 апреля 2009 г. , получено 20 апреля 2009 г.На страницах 175–176 описан 3-диодный «зажим Бейкера».
  15. ^ Гарри Э. Томас (1968). Справочник по транзисторам, полупроводникам, приборам и микроэлектронике . Прентис-Холл. п. 228.
  16. ^ Пол Горовиц и Уинфилд Хилл (1989), Искусство электроники (второе изд.), Cambridge University Press, стр. 908, ISBN 978-0-521-37095-0
  17. ^ Прессман, Авраам И. (1998), Проектирование импульсного источника питания (2-е изд.), McGraw-Hill, стр. 328–330, ISBN 0-07-052236-7