Методические указания к решению задач 21–30

Задание. Рассчитайте мощность потерь в МДП-транзисторе, работающем в ключевом режиме в схеме на рис. 3. R _г = 10 Ом, амплитуда отпирающего напряжения Е _г1 = 20 В, амплитуда запирающего напряжения Е _г2 = -20 В, Е _п = 50 В, R _н = 5 Ом, крутизна проходной вольт-амперной характеристики транзистора S = 5 А/В, внутреннее сопротивление транзистора в открытом состоянии r _си.отк = 0,05 Ом, пороговое напряжение отпирания транзистора U _зи.пор = 2 В. Транзистор переключается с частотой f = 20 кГц, скважность следования управляющих импульсов e _г Q = 2. Зависимости внутренних емкостей транзистора от напряжения приведены на рис. 4.

Решение. Временные диаграммы тока и напряжений мощного
МДП-транзистора на этапах включения и выключения показаны на рис. 8.

Рис. 8. Временные диаграммы переходных процессов включения (а)
и выключения (б) МДП-транзистора (схема на рис. 3)

Если пренебречь потерями мощности в цепи затвора (вследствие их малости по сравнению с выходными потерями), мощность потерь в
МДП-транзисторе можно определить из следующего выражения:

, (6)

где t _зд.вкл – время задержки включения транзистора; t _нр – длительность этапа нарастания тока стока I _с при включении транзистора; t _{зд.выкл} – время задержки выключения транзистора; t _сп – длительность этапа спада тока стока I _с при выключении транзистора.

Период следования импульсов и длительность импульса находим так же, как и в предыдущих задачах:

Время задержки при включении транзистора можно определить как

, (7)

где С _11И – входная емкость МДП-транзистора при его включении с общим истоком (как в нашей задаче). Величина С _11И зависит от выходного напряжения транзистора u _си, поэтому в выражение (7) следует подставлять значение емкости, взятое при соответствующем данному этапу напряжении U _си = Е _п (рис. 8).

В нашем случае С _11И = 1300 пФ при U _си = 50 В (рис. 4). Тогда

Длительность этапа нарастания тока стока транзистора можно определить из формулы

, (8)

где U _си.нас – падение напряжения на полностью открытом транзисторе (состояние насыщения); I _с.нас – ток через полностью открытый транзистор. С _12И – проходная емкость транзистора (емкость отрицательной обратной связи по напряжению) при его включении с общим истоком.

Зная внутреннее сопротивление МДП-транзистора в окрытом состоянии r _си.отк, можно определить ток и напряжение насыщения следующим образом:

Проходная емкость, как и входная, тоже зависит от напряжения транзистора u _си, поэтому в выражение (8) следует подставлять значение С _12И для соответствующего данному этапу напряжения. Поскольку на этапе нарастания тока i _с напряжение u _си меняется от Е _п до U _си.нас (рис. 8), используют величину С _12И, соответствующую среднему значению напряжения .

Для нашей задачи U _си.ср = (50 + 0,5)/2 ≈ 25 В. При таком напряжении С _12И = 170 пФ (рис. 4). Подставив это и другие известные значения в выражение (8), получим

Время задержки при выключении транзистора можно определить из выражения

, (9)

Здесь в качестве С _11И следует подставлять емкость, измеренную при действующем на данном этапе напряжении U _си = U _си.нас (рис. 8).

В нашем случае в приведенной на рис. 4 справочной зависимости емкостей транзистора от напряжения u _си отсутствует участок с напряжениями менее 1 В. Мысленно продолжив зависимость для С _11И влево, найдем ее приблизительное значение при U _си.нас = 0,5 В: С _11И ≈ 2400 пФ.

Тогда