Ключевые элементы на биполярних транзисторах

Ключевые элементы на биполярних транзисторах

Биполярный транзистор уже давно используется в импульсных источниках электропитания, поэтому не будут подробно рассматриваться особенности его работы в ключевом режиме, а только необходимые для практики сведения.
Как известно, свойства транзистора как усилителя тока описываются следующим уравнением:

где h21 — коэффициент усиления по току;
iб—ток базы;
iк — ток коллектора.
Линейная область работы транзистора хороша тем, что позволяет, регулируя сравнительно небольшой ток базы, тем не менее, управлять значительным током нагрузки, расположенной в коллекторе транзистора. Максимальный ток коллектора, который можно получить в классической схеме с коллекторной нагрузкой, равен:

Максимальному току коллектора соответствует максимальный ток базы iб max. Дальнейшее увеличение тока базы не приведет к увеличению тока коллектора, поскольку транзистор уже находится в состоянии, пограничном с состоянием насыщения.
Что такое состояние насыщения лучше всего пояснять, представив транзистор в виде двух диодов (рис.1). В ненасыщенном состоянии диод VD1 закрыт. В состояние насыщения транзистор можно перевести, «подняв» потенциал базы выше потенциала коллектора с помощью, например, дополнительного источника напряжения UДОП. В этом случае произойдет отпирание диода VD2 и транзистор перейдет в состояние насыщения.
В принципе, пограничное состояние тоже используется в импульсной технике, но оно менее желательно, поскольку потери мощности на ключевом элементе, поскольку потери мощности на ключевом элементе больше, а значит, КПД преобразователя ниже возможного предела.
Насыщение транзистора принято оценивать коэффициентом насыщения. Коэффициент насыщения — это отношение максимального тока базы в пограничном режиме к реальному току, подаваемому в базу в насыщенном состоянии. Само собой разумеется, что значение коэффициента всегда больше единицы. Коэффициент насыщения задается разработчиком импульсного источника, исходя из рекомендаций по проектированию. От его величины зависят динамические характеристики схемы.