Синхронное детектирование

June 10, 2010 by admin Комментировать »

На начальном этапе применения плоскостных диодов германиевый диод получил значительный приоритет в развитии по сравнению с другими полу­проводниковыми приборами. Эти диоды, однако, практически вышли из употребления с появлением кремниевых устройств. Кремниевый диод про­демонстрировал более высокие качества при работе с большими мощнос­тями и при более высоких температурах. Кроме того, кремниевые приборы имеют существенно меньший обратный ток и у них можно сделать намно­го выше рабочее напряжение. Однако германиевый плоскостной диод имеет один параметр, по которым он превосходит лучшие кремниевые приборы: у него низкое прямое падение напряжения. Конструкторы и экс­периментаторы сожалели об уходе в небытие германиевого диода всякий раз, когда сталкивались с приложением, требующим низкого прямого паде­ния напряжения. Одним из таких случаев является выпрямление низких на­пряжений при высоких значениях тока. К счастью, несколько ведущих по­лупроводниковых фирм продолжают производство германиевых приборов, прежде всего мощных германиевых транзисторов. Известно, что эти тран­зисторы имеют очень низкое напряжение насыщения Vce^sad^ порядка 0,3 В даже при токах выше 50 А. Поэтому вполне естественно подумать относи­тельно использования транзисторов для выпрямления.

Фирма Motorola Semiconductor Products исследовала эту возмож­ность и создала практическую схему, представляющую собой синхрон­ный выпрямитель, показанный на рис. 16.1.

clip_image002

Рис. 16.1. Схема двухполупериодного синхронного выпрямителя. Здесь используется низкое напряжение насыщения мощных герма­ниевых транзисторов, чтобы получить высокий к.п.д. при низких или умеренных напряжениях и больших токах. Motorola Semiconductor Products, Inc.

Среди практиков, даже малоопытных, давно было известно, что тран­зисторы можно использовать в качестве диодов, соединяя коллектор с ба­зой. Но падение напряжения между коллектором и эмиттером у транзисто­ра в режиме насыщения даже ниже, чем при использовании его в качестве диода, когда коллектор соединен с базой. Поэтому, желательно использо­вать это свойство транзистора для создания синхронного выпрямителя. Интересное сравнение изменения напряжения синхронного выпрямителя с выпрямителями, использующими обычные диффузионные диоды и диоды

Шотки, показано на рис. 16.2. Зависимость к.п.д. от тока нафузки для фех выпрямителей приведена на рис. 16.3. Обратите внимание на чрезвычайно низкие значения выходных напряжений. Испытания проводились с 60-гер-цными прямоугольными колебаниями, полученными от инвертора.

clip_image004

Рис. 16.2. Зависимость напряжения на выходе синхронного выпрями­теля от тока нагрузки. Графики позволяют сравнить характеристику синхронного детектора с двухполупериодными схемами с отводом от середины обмотки, использующими диоды Шотки и обычные диффу­зионные кремниевые диоды. Во всех случаях использовался источник прямоугольных колебаний с частотой 60 Гц. Motorola Semiconductor Products, Inc.

На сколько можно повысить частоту, сохраняя высокий к.п.д. синх­ронного выпрямителя, зависит до некоторой степени от используемых германиевых транзисторов, от того выпрямляется синусоидальное или прямоугольное напряжение и от характера нагрузки. Возможно, что фудности связанные с накоплением заряда могут встретиться уже при частоте выше 3 кГц. С другой стороны, поскольку мощные германиевые фанзисторы успешно применяются в инверторах на гораздо более вы­соких частотах, проблемы накопления заряда могут быть преодолены или в достаточной степени решены с использованием методов, позволя­ющих ускорить отклик в логических схемах.

Диоды /)1 и /)2 (рис. 16.1) проводят только тогда, когда транзисторы в течение короткого времени находятся в ненасыщенном состоянии и легко могут выйти из строя, потому что выходят за фаницы области бе­зопасной работы. Такой режим работы обычно является результатом влияния емкостных нафузок. Диоды D3 и D4 также помогают решению этой задачи, способствуя более быстрому уменьшению напряжения прямого смещения на переходе база-эмиттер.

clip_image006

Рис. 16.3. Зависимость к.п.д. выпрямителя от тока нагрузки для трех схем выпрямителей. Графики дают сравнение синхронного детекти­рования с двухполупериодными схемами с отводом от середины обмотки, использующими диоды Шотки и обычные диффузионные кремниевые диоды. Во всех случаях использовался источник прямо­угольных колебаний с частотой 60 Гц. Motorola Semiconductor Products, Inc.

При повышении температуры воздуха до 80"С, к.п.д. выпрямителя из­менялся незначительно. Были исследованы также однополупериодные варианты схемы. С учетом свойственных такому выпрямлению ограни­чений, параметры синхронного детектора были сравнимы с параметра­ми схемы, использующей диоды Шотки и значительно превосходили па­раметры однополупериодного выпрямителя с обычными диффузными диодами. Таким образом, синхронное детектирование, использующее германиевые транзисторы, продемонстрировало свои достоинства, когда необходимо выпрямлять низкие напряжения при больших токах нагруз­ки. Нагрузками, предъявляющими такие требования, являются логичес­кие схемы ЭСЛ, И^Л, ТТЛ, ДТЛ, РТЛ и низковольтные цифровые систе­мы на МОП-транзисторах. Другими устройствами, которым требуются низкие напряжения или большие токи, являются термоэлектрические холодильники и часто электромагнитные соленоиды. Кроме того, име­ются много электрохимических процессов, которые предъявляют к ис­точникам питания аналогичные требования. Лучшим решением может быть использование мощных МОП-транзисторов. Некоторые из них имеют очень низкое падение напряжения между стоком и истоком даже при высокой частоте и высокой температуре (компания General Electric разработала 20-амперный транзистор специально для применения в син­хронных выпрямителях).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты