Pierwszenstwo: 17.£VI1967 Holandia Opublikowano: 20.XI.1970 61532 K1# 21 a1, 36/02 MKP H 03 k, 5/62 UKO Wlasciciel patentu: N. V. Philips 'Gloeilampenfabrieken, Eindhoven (Holandia) lllllOTEKA Uklad zawierajacy wysokonapieciowy tranzystor mocy Przedmiotem wynalazku jest uklad zawierajacy wysokonapieciowy tranzystor mocy. Ponadto uklad zawiera element sterujacy, który dostarcza impulso¬ wy sygnal przelaczajacy pomiedzy baze i emdter tranzystora za pomoca uzwojenia transformatora oraz impedancje obciazenia wlaczona w obwód ko¬ lektora tranzystora, przy czym prad kolektora na¬ syconego tranzystora, dostarczany przez zródlo na¬ piecia, jest przerywany pod wplywem impulsowe¬ go sygnalu wlaczajacego doprowadzonego do tran¬ zystora, przy czym wspomniane elementy steruja¬ ce sa dolaczone do bazy tranzystora poprzez impe¬ dancje ograniczajaca zmiany pradu bazy podczas odcinania pradu bazy tranzystora.Tego rodzaju uklady stosowane sa do róznych celów. Kiedy impedancja obciazenia jest opornik, zyskuje sde mozliwosc zastosowania ukladu jako prostego wzmacniacza impulsowego sygnalu wej¬ sciowego. Kiedy impedancje obciazenia stanowi transformator, do którego wtórnego uzwojenia jest wlaczony uklad prostowniczy, mozna za pomoca tego ukladu wytwarzac wysokie stale napiecie. Kie¬ dy opornosc obciazenia zawiera cewke, mozna w niej uzyskac prad o ksztalcie pilozebnym, który jest uzywany, ma przyklad dla celów odchylania w ele- ktronowych lampach .promieniowych.Zastosowanie wysokonapieciowego tranzystora mocy, daje mozliwosc dostarczania, w prosty spo¬ sób, duzej mocy do impedancji obciazenia. W tym przypadku tranzystor osiaga nasycenie tak, ze duzy 10 15 25 30 prad plynacy przez tranzystor wiaze sie z niskim spadkiem napiecia na tranzystorze. Rezultatem byl¬ by wiec uklad o wysokich wartosciach wyjscio¬ wych. Jednakze, mankamentem przedstawionego sposobu jest fakt, ze przerywanie pradu kolektora nasyconego tranzystora nastepuje bardzo powolnie.W wyniku tego maleje iznaczenie wartosci wyjscio¬ wych i wskutek duzej mocy wydzielonej w samym tranzystorze moze on ulec uszkodzeniu.Znany jest uklad, w którym dla przyspieszenia odciecia pradu kolektora dolacza sie .pomiedzy ba¬ za tranzystora i elementy sterujace impedancje og¬ raniczajaca zmiany podczas odcinania pradu bazy.Impedancja ta sklada sie z równoleglego polacze¬ nia opornika i diody Zenera, której kierunek prze¬ wodzenia odpowiada kierunkowi przewodzenia zlacza baza-emiter tranzystora. To doprowadza do tego, ze przy wydluzonym okresie odciecia pra¬ du bazy Wieksza ilosc dziur nosnych ladunku wy¬ sokonapieciowego tranzystora mocy moze byc usu- niejta przed odcieciem zlacza baza-emiter tran¬ zystora. Celem wynalazku bylo opracowanie ukla¬ du, w którym dla wysokonapieciowego tranzystora mocy bedacego w stanie nasycenia jeszcze bardziej przyspiesza sie odciecie pradu kolektora.Istota ukladu wedlug wynalazku jest to, ze im¬ pedancja' ograniczajaca zmiane pradu bazy tranzy¬ stora sklada sie z cewki dolaczonej szeregowo po¬ miedzy baza tranzystora i uzwojenie transformato¬ ra elemntów sterujacych, przy czym drugi koniec 61532«1532 uzwojenia jest bezposrednio dolaczony do emitera tranzystora.Przedmiot wynalazku zosta! przedstawiony na za¬ laczonymi rysunku, na którym fig. 1 przedstawia znjtfi^ uklad %wraz z przebiegami pradu, fig. 2 — uklad wedlug wynalazku wraz z przebiegami pra¬ du i napiecia, a fig. 3 wyjasnia zasade wynalazku na podstawie przebiegów pradów.Na fig. 1 -pierwotne uzwojenie Z transformatora 1 jest wlaczone jednym koncem w obwód kolekto¬ ra tranzystora pop 3, a drugim koncem do konców¬ ki o ipoitatcjale — Vp nie .pokazanego na rysunku zródla napiecia, którego druga koncówka jest uzie¬ miona. Emiter tranzystora jest -uziemiony, a nastep¬ nie napiecie impulsowe 4 jest przylozone do jego bazy. Jeden koniec uzwojenia wtórnego 5 transfor¬ matora 1 jest dolaczany do bazy i emitera tranzy¬ stora 6 wysokonapieciowego mocy typu npn. Emi¬ ter tranzystora 6 jest uziemiony, a kolektor jest po¬ laczony przez impedancje obciazenia 7 do zacisku zródla napiecia VH, na przyklad 220 V, który ma potencjal dodatni, zas drugi zacisk zródla napiecia jest uziemiony. Drugi koniec uzwojenia wtórnego 5 transformatora 1 jest dolaczony do bazy tranzysto¬ ra 6 poprzez równolegle polaczony opornik 8 i dio¬ de 9. ' L Transformator 1 i tranzystor 3 stanowia elementy sterujace praca tranzystora 6. Impulsowe napiecie 4 winno byc-podawane z minimalnymi znieksztal¬ ceniami miedzy baza i ^emiterem »ifeasizy^toDa 6 i w tym celu transformator 1 jest skonstruowany tak, ze jego reaktancja rozproszenia jest mala.Zaleznie od celu, dla którego uklad, pokazany na fig. la, jest zastosowany i dla którego jest dobrana konstrukcja opornosci obciazenia, nastepuje gene¬ racja pozadanego ksztaftu napiecia impulsowego 4.Do celów telewizyjnych, dla których uklad moze byc zastosowany do generacji pradu pildksztaltne- go przez cewki odchylania Liniowego, tworzace czesc impedancji 7, napiecie impulsowe 4, moze byc generowane z czestotliwoscia ramki przez os¬ cylator.Poniewaz wszystko to ma mniejsze znaczenie dla istoty wynalazku, którego przdrndotem jest bardzo szybkie przerywanie pradu kolektora tranzystora wysokonapieciowego mocy, nie narzuca sie kon¬ strukcji impedancji obciazenia 7 w omawianym ukladzie. Elementy sterujace 1, 3 doprowadzaja impulsowe napiecie 4 na baze i emiter tranzystora 6, który .powinien zostac zablokowany tylnym zbo¬ czem napiecia 4. Zjawiska zachodzace wówczas w ukladzie sa przedstawione na fig. Ib.Na fig. Ib prad is, ic oraz Ib plynace przez elek¬ trody emitera, kolektora i baze tranzystora 6, od¬ powiednio zostaly wykreslone w funkcji czasu.Przyjmuje sie, ze tylne zbocze impulsowego syg¬ nalu przelaczajacego pomiedzy baza i emiterem wypada w chwili t20. Stwierdzono, ze prad bazy raptownie spada do zera, a nastepnie zaczyna ply¬ nac w przeciwnym kierunku. W tym samym cza¬ sie prad emitera is spada w tym samym stopniu.Prad bazy Ib dazy do utrzymania wartosci mak¬ symalnej w kierunku odwrotnym dla usuniecia nadmiernej ilosci nosników ladunku tranzystora nasyconego 6. Ta maksymalna wartosc jest ogra¬ niczona przez opornik 8 i nie moze przekroczyc na¬ piecia wytworzonego na wtórnym uzwojeniu 5 |K- dzielonego przez wartosc opornosci $f Stwierdzono, ze prad kolektora ic nie podlega w zmienionym okresie zadnym wplywom, Przyczyna tego jest fakt, 5 ze prad bazy iB plynac w przeciwnym kierunku usuwa nadmiar nosników ladunku z tranzystora 6 do chwili t2b, którego usuniecie,¦¦¦j$tf'"¦ wgtywa na prad kolektora ic. Dopiero po apa4fcu ja^dmiaru nosników ladunku do zageszczenia odpowiadajace- 10 go wartosci plynacego pradu kolektor* ic, zjawisko wylaczania moze byc zauwazalne w pradzie kolek¬ tora ic.Wylaczanie pradu kolektora ic zaczyna sde od momentu t^. W chwili t2u wylaczenie jest doko- 15 nane. Czas obciecia tgb do t2u wynqsi okolo 1,2 /isek w opisanym ukladzie, w którym opornik 8 wynosi 5 Q.Fig. 2 przedstawia uklad wedlug wynalazku; nastepuje tu dalsza poprawa sredniej (pochodnej 20 pradu ic wzgledem czasu, w którym nastepuje od¬ ciecie. Elementy na fig. 2 odpowiadajace elemen¬ tom z fig. 1 sa owa^sone tymi samymi cyframi, w ukladzie tj^oi wtórne uzwojenie transformatora 1 jest dolaczone przez cewke 10 do bazy tramzysto- 25 ra 6. Na fig. 2b przedstawiono oprócz przebiegów pradu równiez przebieg napiecia Veb na zlaczu emiter — baza tranzystora 6. Widzimy tu, ze po wy¬ stapieniu tylnego zbocza impulsu sygnalu 4 w chwili tM zmiana pradu bazy Ib w czasie jest ogra- 30 niczona cewka 10. W chwili t8b prad iB osiaga war¬ tosc maksymalna i jak wynika z krzywej VEb, zlacze emiter — baza zostaje zablokowane. Spadek pradu kolektora ic wystepuje w chwili tjc i prad ic osiaga wartosc zerowa w chwili tJu. W omówionym 35 rozwiazaniu z cewka 10 o wartosci ,10 /4JEI okres wylaczania t$c do tsu jest okreslony na ofeolo 1 ^as, z czego wynika srednia stromosc pradu kolektora ic w odniesieniu do czasu o wartosci 2 A//*s.Przed szczególowym opisaniem ukladu z fig. 2a, 40 omówiona zostanie najpierw fig. 3 na fetórej wspól¬ nie, ideowo oraz schematycznie .pokazano kilka wy¬ kresów 2b i 3b odpowiadajacych krzywym z odpo¬ wiednio Ib i 2b. Fig. 3a przedstawia zmiane na¬ piecia VKb pomiedzy baza i emiterem tranzystora 45 6, a fig. 3b przedstawia przebieg pradu bazy Ib.Odnosnie wykresu 3b na fig. 3a stwierdza sde, ze po chwili t3b, w której nadmierna ilosc nosników ladunku zostaje usunieta z tranzystora <», napiecie lVeb pod wplywem cewki 10 wykazuje wieksza 50 wartosc ujemna, niz wartosc odpowiadajaca napie¬ ciu wytworzonemu przez uzwojenie wtórne 5. -Na¬ piecie VEb osiaga w istocie napiecie przebicia diody baza — emiter tranzystora 6 w chwili t3b przez na¬ rastanie, oraz utrzymuje podana wartosc przez.czas 55 ograniczonego przeplywu pradu iB przez cewke 14), po chwili it8b. W porównaniu do znanego ukladu okres odciecia z 1,2 /*sek spada do 1 /isek. Natu¬ ralne wydzielanie sie mocy w tranzystorze 6 pod¬ czas okresu od tac jest znacznie zredukowane w po- e0 równaniu ze znanym ukladem.Dla otrzymania pokrycia sde czasów t2u i tsu, w którym prad kolektora ic jest calkowicie odciety czas t8 powinien byc przewidziany ze wzgledu na t20. To moze byc poprostu osiagniete poprzez do- 65 stosowanie sygnalu impulsowego 4.nm Fig. 2a pokazuje bardmej szczgólowy uklad dla wytwarzania pradu o ksztalcie pilozebnym przez cewki odchylania liniowego' w nieuwidocznionym odbiorniku telewizyjnym.Do tego celu impedancja obciazenia 7 jest po¬ dzielona na cewke odchylania klinowego T sklada¬ jaca sie, jezeli jest to pozadane, z szeregu oddziel¬ nych cewek i polaczonych równolegle kondensato¬ rów 7". Te dwa elementy tworza w znany sposób obwód drgajacy, który jest pobudzany impulsowo kiedy prad kolektora zostaje wylaczony. Tak zwa¬ na dioda usprawniajaca 11 moze byc wlaczona po¬ miedzy emiter i kolektor tranzystora 6. Wszystko to zostalo juz podane we francuskim opisie patento¬ wym 1506 3A4. Stwierdzono, ze dla ukladu z tran¬ zystorem 6, którego dioda baiza-kolekrtor sluzy jako.dioda usprawniajaca, cewka 10 ma korzystny wplyw linearyzujacy na prad odchylania przez cewke 7' podczas dzialania usprawniajacego.Jest oczywiste, ze konstrukcja elementów stero¬ wania 1, 3, ma dla zasady wynalazku mniejsze znaczenie. To samo dotyczy konstrukcji ukladu z tranzystorami 3 d/Uub 6 o typie przewodzenia prze¬ ciwnym do pokazanego na rysunku. Nie jest tez wazne, czy emiter czy tez baza tranzystora 6 jest w ukladzie elektroda wspólna. 6 PL