stringtranslate.com

зажим Бейкера

Зажим Бейкера — это общее название для класса электронных схем, которые сокращают время хранения транзистора с биполярным переходом (BJT) путем применения нелинейной отрицательной обратной связи через различные виды диодов . Причиной медленного времени выключения насыщенных BJT 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 диодов предотвращают насыщение транзистора и, таким образом, накопление большого количества накопленного заряда. [1]

Источник

Стандартная двухдиодная схема зажима Бейкера, включающая ток обратной связи I 1 , который уменьшает базовый ток 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 теперь схема называется зажимом Бейкера. Многие источники приписывают отчет Бейкера схеме с двумя диодами. [3] [4] [5] Также в 1956 году Бейкер описал схему в патентной заявке; выданный в 1961 году патент US 3,010,031 [6] заявляет об использовании зажима в симметричных триггерных схемах.

Говорят, что подобные схемы зажима были известны и до отчета Бейкера. Кюттяля утверждает: «Хотя изобретение схемы зажима Бейкера приписывают Ричарду Х. Бейкеру (патент США 3,010,031), она уже была общеизвестна в 1953 году и описана в вводных статьях по транзисторам, написанных Ричардом Ф. Шеа». [7] Однако текст Шеа о транзисторах 1953 года не описывает подобную схему зажима. [8] Текст Шеа 1957 года описывает схему зажима и ссылается на технический отчет Бейкера. [3]

Существуют и другие схемы зажима. В руководстве 1959 года описывается метод, называемый «зажим насыщения». [9] В этой схеме есть источник зажима насыщения примерно в 2 вольта, подключенный к коллектору с помощью диода зажима насыщения. Когда транзистор приближается к насыщению, диод зажима включается и подает дополнительный ток коллектора, чтобы не допустить насыщения транзистора. Источник зажима насыщения должен подавать существенный ток. [10] Напротив, зажим Бейкера уменьшает ток базы транзистора, а не подает больший ток коллектора.

Другая схема зажима использует одиночный диодный зажим. [9] Она уменьшает базовый привод, когда транзистор приближается к насыщению, но использует сеть резистивного делителя.

Схемы фиксации также использовались для ускорения переходов отсечки. Когда транзистор отсечен, выход похож на RC-цепь, которая экспоненциально затухает до своего конечного значения. По мере того, как схема приближается к своему конечному значению, становится меньше тока для зарядки конденсатора, поэтому скорость приближения уменьшается. Для достижения 90 процентов от конечного значения требуется около 2,3 постоянных времени. [11] Фиксация отсечки уменьшает размах выходного напряжения, но ускоряет переход. Фиксация 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 (переключатель BJT) с целью избежать насыщения путем уменьшения усиления вблизи точки насыщения. Пока транзистор находится в активном режиме и достаточно далек от точки насыщения, отрицательная обратная связь отключается, а усиление максимально; когда транзистор приближается к точке насыщения, отрицательная обратная связь постепенно включается, и усиление быстро падает. Чтобы уменьшить усиление, транзистор действует как шунтирующий регулятор относительно своего собственного перехода база-эмиттер: он отводит часть тока базы на землю, подключая элемент со стабильным напряжением параллельно переходу база-эмиттер.

Выполнение

Схема зажима Бейкера с двумя диодами показана на рисунке из патента Бейкера и во многих других публикациях. [9] Диод обратной связи (D1) между коллектором и входом ограничивает напряжение коллектора приблизительно до V BE , отводя избыточный входной ток через коллектор на землю. [13] Дополнительный кремниевый диод подключается последовательно с базовой клеммой для повышения эффективного входного напряжения; зажимной диод в обратной связи коллектор-база иногда изготавливается из германия, чтобы минимизировать падение напряжения на нем. [6] Базовый диод позволяет использовать зажим диода Si с транзистором Si и поддерживает V CE около падения диода и намного больше, чем V CE(sat) . К сожалению, он выключается и создает высокоомный обратный путь при попытке выключить транзистор. Хотя заряд базы был минимизирован, теперь стало сложнее вывести заряд из базы.

Второй базовый диод, подключенный антипараллельно базовому диоду (D 2 в схеме Бейкера), обеспечит низкоомный обратный путь для удаления накопленного базового заряда в транзисторе. Эта трехдиодная схема до сих пор упоминается некоторыми источниками как зажим Бейкера [14] , в то время как другие называют зажимом Бейкера только двухдиодную схему. [15]

Простая альтернатива зажиму Бейкера — один низковольтный диод от коллектора до базы. Для хорошей работы прямое падение напряжения диода должно быть меньше падения напряжения база-эмиттер, поэтому германиевые диоды и диоды Шоттки с низким падением напряжения можно использовать с кремниевыми транзисторами (прямое падение напряжения диода Шоттки намного меньше напряжения смещения VBE кремниевого транзистора, и он быстро переключается ) . Альтернативная схема диодного зажима подключает диод к соединению двух резисторов смещения базы. [9] Современное решение заключается в интеграции комбинации диода Шоттки и транзистора в один транзистор Шоттки . Некоторые источники также называют эту конфигурацию зажимом Бейкера. [16]

Зажимы Бейкера также используются в силовых приложениях, и выбор диодов является важным вопросом проектирования. [17]

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

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Саймон С. Энг (1995). Преобразователи с переключением мощности. Марсель Деккер. стр. 340. ISBN 978-0-8247-9630-3.
  2. ↑ RH Baker (1956), «Максимальная эффективность коммутационных цепей», MIT Lincoln Laboratory Report TR-110 , архивировано из оригинала 21 января 2015 г.
  3. ^ ab Ричард Ф. Ши, ред. (1957). Транзисторная схемотехника. Wiley. стр. 322.
  4. ^ Эрнст Блейлер (1964). Методы экспериментальной физики. Том 2: Электронные методы. Academic Press. ISBN 978-0-12-475902-2.
  5. ^ Отдел полупроводниковой продукции, Motorola Inc.; Рёр, Уильям Д.; Торп, Даррелл (1963). Справочник по транзисторам переключения. Motorola Semiconductor Products. стр. 32.
  6. ^ ab US 3010031, Бейкер, Ричард Х., «Симметричная схема переключения транзисторов с обратной фиксацией», опубликовано 24 октября 1956 г., выпущено 21 ноября 1961 г. 
  7. ^ Kyttälä, Teemu (2008), Твердотельные гитарные усилители, стр. 128. Хотя изобретение схемы Бейкера-зажима приписывается Ричарду Х. Бейкеру (патент США 3 010 031), она была общеизвестна уже в 1953 году и описана во вводных статьях по транзисторам, написанных Ричардом Ф. Ши.[ постоянная мертвая ссылка ]
  8. ^ Ши, Ричард Ф., ред. (1953), Принципы транзисторных схем , Нью-Йорк: Wiley; также опубликовано Chapman & Hall, Лондон.
  9. ^ abcd Министерство армии (1963) [1959], Основная теория и применение транзисторов; Техническое руководство 11-690 , Довер, стр. 195–199
  10. ^ Ток коллектора транзистора будет I C = βI B ; все, что не поступает от нагрузки, будет поступать от источника питания ограничения насыщения.
  11. ^ ln(1 − 0,9) = −2,302585 .
  12. ^ ln(1 − 0,63) = −0,99425 .
  13. ^ Нил Чаддертон и Дино Росальди (май 1996 г.). "Высокочастотное DC-DC-преобразование с использованием сильноточных биполярных транзисторов: работа на частоте 400 кГц с оптимизированными геометрическими устройствами" (PDF) . Zetex. Архивировано из оригинала (PDF) 22.12.2009.
  14. ^ Roehr, William D., ed. (2001), Rectifier Applications Manual: Reference Manual and Design Guide (PDF) (редакция 2-го издания), ON Semiconductor, архивировано из оригинала (PDF) 2009-04-07 , извлечено 2009-04-20На страницах 175–176 описывается 3-диодный «зажим Бейкера».
  15. ^ Гарри Э. Томас (1968). Справочник по транзисторам, полупроводникам, приборам и микроэлектронике . Prentice-Hall. стр. 228.
  16. ^ Пол Горовиц и Уинфилд Хилл (1989), Искусство электроники (второе издание), Cambridge University Press, стр. 908, ISBN 978-0-521-37095-0
  17. ^ Прессман, Абрахам И. (1998), Проектирование импульсных источников питания (2-е изд.), McGraw-Hill, стр. 328–330, ISBN 0-07-052236-7