em ery


WYKORZYSTANIE STREFY UJEMNEJ OPORNOŚCI W TRANZYSTORACH BIPOLARNYCH n-p-n

1. WPROWADZENIE

We współczesnych rozwiązaniach układowych ważną rolę odgrywają przyrządy półprzewodnikowe o charakterystyce prądowo-napięciowej ze strefą ujemnej oporności; np: tranzystory lawinowe, tyrystory, tranzystory jednozłączowe, diody trójwarstwowe typu DIAC, dynistory.

Wszystkie wyżej wymienione przyrządy półprzewodnikowe, mimo różnej budowy, posiadają podobne charakterystyki rezystancji ujemnej typu S, uzależnionej prądowo. Nowym elementem o takiej charakterystyce jest tranzystor bipolarny n-p-n pracujący inwersyjnie. W dalszej części artykułu będzie on nazywany tranzystorem MR /tranzystor o ujemnej rezystancji/.

Tranzystory MR uzyskuje się, podobnie jak tranzystory lawinowe, drogą selekcji konwencjonalnych tranzystorów bipolarnych n-p-n.

W tranzystorach MR uzyskanych tą drogą występują często duże różnice w parametrach i dlatego konieczne jest ustalenie warunków pracy dla każdego egzemplarza lub dokładniejsza selekcja. Autor przebadał kilkadziesiąt tranzystorów krzemowych n-p-n typu BC 211, BD 135, oraz BC 254. Zawartość tranzystorów MR wynosiła od 30 do 45 % ogólnej liczby przebadanych tranzystorów. Możliwe jest więc łatwe otrzymanie dużej ilości tranzystorów MR.

Prosty układ służący do wstępnej selekcji pokazano na rys.1. Jest to generator dźwiękowy o częstotliwości około 1 kHz. Układ ten generuje impulsy w głośniku GŁ tylko wtedy, gdy tranzytor T jest tranzystorem MR. Jest to łatwy sposób selekcji i nie wymagający kwalifikacji. Podstawowy układ włączania tranzystora MR i jego charakterystyka Ic = f/Uce/ pokazana jest na rys. 2. 

Punkt V o współrzędnych Uv i Iv jest nazywany punktem dolinowym, a punkt P o współrzędnych Up i Ip punktem szczytowym. 

Zakres poniżej punktu szczytowego jest zakresem odcięcia. Zakres między punktem szczytowym a punktem doliny jest zakresem o rezystancji ujemnej. Zakres powyżej punktu doliny jest zakresem nasycenia. Przy prądach Ice większych od I nachylenie charakterystyki jest znowu dodatnie i odpowiada bardzo małym rezystancjom, rzędu kilkunastu omów. Wartość napięcia Up zmienia się w zależności od typu tranzystora w granicach od  7,5 V do 10 V. Dla tranzystorów dużej mocy napięcie Up jest wyższe. Wartości napięć Up oraz prądów Ip dla 3 typów tranzystorów można dobrze wyznaczyć z charakterystyk pokazanych na rys.3.

Charakterystyki te zostały zdjęte za pomocą rejestratora X-Y podłączonego do układu pomiarowego przedstawionego na rys.4. 

Zastosowanie rejestratora X-Y znacznie przyśpiesza zdejmowanie charakterystyk prądowo-napięciowych i zwiększa ich dokładność. Posługiwanie się ww. charakterystykami bardzo ułatwia projektowanie układów z tranzystorami MR. Tranzystor MR powinien znaleźć szerokie zastosowanie przede wszystkim w układach generatorów impulsowych, ze względu na dużą prostotę konstrukcji oraz niską cenę podzespołów. Oczywiście prawdopodobieństwo wystąpienia tranzystorów MR w innych typach tranzystorów bipolarnych n-p-n jest znaczne. W rozdziale drugim podano kilka przykładów zastosowań tranzystora MR.

2. UKŁADY Z TRANZYSTOREM MR

Tranzystor MR umożliwia bardzo prostą realizację układu relaksacyjnego, przedstawionego na rys.5. 

Po włączeniu napięcia zasilającego +Uz kondensator C ładuje się poprzez rezystor Rl do czasu, gdy napięcie na nim osiągnie wartość napięcia szczytowego Up tranzystora MR.

Następuje wówczas szybkie rozładowanie kondensatora C poprzez tranzystor MR i rezystor R2. Pojemność C ponownie ładuje się i proces powtarza się. Częstotliwość  wyjściowa jest określona poprzez stałą czasową R1C. Zmniejszenie R2 obniża czas narastania impulsów i ich amplitudę. Zwiększanie pojemności C powoduje zmalenie amplitudy przebiegu piłokształtnego na wyjściu /wzrost rezystancji tranzystora aż do punktu dolinowego/. Zastępując rezystor Rl źródłem prądowym, zbudowanym przy zastosowaniu tranzystora polowego Tl, polepsza się znacznie liniowość napięcia piłokształtnego /rys.6.

Potencjometr P służy do ustawienia wartości prądu płynącego przez tranzystor polowy Tl. Tym samym ustala on częstotliwość pracy generatora. Ważną dziedziną zastosowań tranzystora MR powinny stać się układy wyzwalania bramkowego tyrystorów. Obecnie najbardziej rozpowszechnione jest używanie tranzystorów jednozłączowych w powyższych układach.

Wydaje się, że tranzystory MR mogą całkowicie wyprzeć tranzystory jednozłączowe ze względu na znaczną różnicę w cenie tych elementów.

Poniżej przedstawiono kilka rozwiązań układów wyzwalania bramkowego tyrystorów.

2.1. Układy wyzwalania bramkowego tyrystorów

Układy wyzwalające z tranzystorami MR, służące do sterowania fazowego muszą być synchronizowane częstotliwością sieci. W tym celu generator relaksacyjny zasila się napięciem trapezowym ze stabilizatora z diodą Zenera DZ /rys.7/.

Kondensator C ładowany jest poprzez zmienny rezystor P z napięcia trapezowego począwszy od momentu przejścia napięcia zasilającego prostownik Pr przez zero. Układ wytwarza pierwszy impuls z chwilą, gdy napięcie na kondensatorze C osiągnie wartość Up. W zależności więc od ustawienia potencjometru P położenie impulsu może być zmieniane w zakresie prawie całego półokresu. Transformator Tr włączony jest szeregowo z kondensatorem C. Transformuje on impulsy wyzwalające bezpośrednio na bramki tyrystorów oraz separuje galwanicznie bramki tyrystorów względem siebie. Połączenie tyrystorów może być w tym przypadku dowolne.

Inny układ wyzwalania bramkowego tyrystorów symetrycznych /triaków/ przedstawiony jest na rys.8.

Zastosowano tutaj dwa tranzystory MR połączone antyrównolegle. Triak jest wyzwalany dwukierunkowym impulsem wyzwalającym. Tranzystor TMR1 generuje impuls o polaryzacji dodatniej przy wystąpieniu napięcia dodatniego na kondensatorze C1, natomiast tranzystor TMR2 generuje impuls o polaryzacji ujemnej przy ujemnym napięciu na tym kondensatorze. Potencjometr P reguluje kąt fazowy wyzwalania tyrystora symetrycznego. Tranzystory MR pozwalają wyeliminować dwukierunkowe diody przełączające /diaki/ z tego rodzaju układów.

Również dość często stosuje się sterowniki tyrystorowe prądu przemiennego w układzie mostkowym. Pracują one zwykle przy niedużych mocach obciążenia, do kilku kilowatów. Układ wyzwalania bramkowego tyrystora umieszczonego w przekątnej mostka Graetza jest bradzo prosty i zapewnia sterowanie fazowe prawie w całym okresie /rys.9/. Wyprostowane dwupołówkowo napięcie zasilające ograniczane jest diodą Zenera do wartości Uz i następnie zasila generator relaksacyjny zbudowany z tranzystora MR. Potencjometr P zmienia stałą czasową /P + R2/C, a tym samym kąt fazowy między przejściem napięcia zasilającego przez zero a chwilą generacji impulsu wyzwalającego przez tranzystor MR. 

Zaletą układu jest stosowanie tylko jednego tyrystora, wadą natomiast niższa sprawność energetyczna ze względu na straty występujące jednocześnie w trzech elementach półprzewodnikowych.

Poniżej opisano jeszcze jeden układ wyzwalania bramkowego tyrystorów pracujących w połączeniu odwrotnie-równoległym. W układzie tym /rys.10./ pominięto transformator sterujący zazwyczaj występujący w tego rodzaju układach sterowników tyrystorowych.

Występują tutaj dwa generatory relaksacyjne, zbudowane z zastosowaniem tranzystorów MR. Generator z tranzystorem TMR1 pracuje przy dodatniej polaryzacji napięcia występującego na tyrystorach Th1 i Th2, a generator z tranzystorem TMR2 przy ujemnej polaryzacji tego napięcia. Diody Dl i D2 separują oba generatory i przez nie ładują się kondensatory Cl i C2. Potencjometr P służy do regulacji kąta fazowego wyzwalania tyrystorów. Rezystor Rl wyznacza, przez potencjomatr P, właściwe pole regulacji kąta fazowego.

Tranzystory MR mogą również znaleźć szerokie zastosowanie jako generatory impulsów prądowych o dużej wydajności zasilających np. diody luminescencyjne. Generatory te pobierają małą moc ze źródła zasilania i zapewniają wysoką sprawność przemiany energii. Na rys. 11. przedstawiono układ zasilania impulsowego diody o paśmie promieniowania leżącym w podczerwieni /IR LED/.

Dzięki temu, że tranzystory MR można wyłonić także spośród tranzystorów większej mocy, możliwe jest konstruowanie generatorów o dużej wydajności prądowej. Jest to niewątpliwa zaleta układów z tranzystorami MR.

Rezystor R ogranicza maksymalną wartość prądu przepływającego przez diodę IRED.

Częstotliwość pracy zależy od stałej czasowej R1C. Układ ten powinien znaleźć zastosowanie w systemach zdalnego sterowania i kontroli.

3. PODSUMOWANIE

Rozpowszechnienie wśród konstruktorów elektroników tranzystora MR powinno ułatwić im projektowanie układów wymagających zastosowania elementu o charakterystyce rezystancji ujemnej typu S. Dotychczasowe trudności wynikały z braku na naszym rynku tranzystorów jednozłączowych, diod przełączających DIAC, diod Shockley'a. Tranzystorem MR można zastąpić wyżej wymienione elementy półprzewodnikowe w układach, w których są one obecnie stosowane. Ponieważ selekcja tranzystorów MR, z masowo produkowanych tranzystorów krzemowych NPN, nie nastręcza żadnych trudności, tranzystor MR jest elementem tanim i ogólnie dostępnym.

Autor przedstawił w artykule tylko kilka zastosowań tranzystora MR, możliwości w tym względzie wydają się o wiele większe.

***********************************************************************************

Powyższy artykuł autorstwa Ryszarda Tysowskiego ukazał się w wydawnictwie Przemysłowego Instytutu Elektroniki „elementy półprzewodnikowe i układy scalone -ZASTOSOWANIA -UKŁADY ANALOGOWE, Nr 4 z 1978roku.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
EM DYSTRYBUCJA
EM t 4 Ceny
EM t 6 produkcja
Poker współczesny Texas Hold'em i inne odmiany pokera (2)
em
Pisownia ę ą en em om
EM cz1
ERY, ewolucjonizm
WYZNACZANIE STOSUNKU em ŁADUNKU ELEKTRONU DO JEGO MASY METODĄ MAGNETRONU
2 Wyznaczanie stosunku em ładunku elektronu do jego masy metodą magnetronu
EM U A wyk 11 12
IMIR drgania EM prady zmienne i Nieznany
Deutsch als Fremdsprache Em Uebungsgrammatik
2011 EM BF zadania 03
STOS-EM, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, fizyka1, fiza, fizyka
C 4, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 31-Ruch elektronu w polu magnetycznym i elektrycznym. W
Mon. pól EM, Studia, 1-stopień, inżynierka, Ochrona Środowiska, Monitoring i bioindykacja środowiska
2011 EM BF zadania 12
referaty EM 13

więcej podobnych podstron