2.1. Транзисторні електронні ключі

Найпоширеніша схема силових транзисторних ключів зображена на рис. 17, а, у якій транзистор VT увімкнено із спільним емітером. Часові діаграми (рис. 17, б) пояснюють режим роботи, що визначаєть­ся двома станами: відсіку (транзистор закритий) та насичення (тран­зистор відкритий).

Стан відсіку (ЕК розімкнений). Для реалізації цього стану необ­хідно забезпечити умову Uбе < 0 (для транзисторів типу п-р-п) або Uбе > 0 (для транзисторів типу р-п-р). На часових діаграмах стан відсі­ку відповідає інтервалам часу: 0 < t < t_]; t₂ < t < t₃; t₄ <t <t₅.

Рис. 17. Схема транзисторного ключа (а) та часові діаграми напруг (б)

При цьому

де U — напруга джерела живлення; I_н — номінальний струм на­вантаження.

Стан насичення (ЕК замкнений). Цей стан забезпечується за умо­ви I_Б = I_Б.нас. Величина струму насичення бази транзистора визна­чається за виразом

де к_н = 1,2 — коефіцієнт насичення струму бази; Р_н — номінальна потужність навантаження; h_21е — статичний передатний коефіцієнт за стру­мом транзистора, увімкненого із спільним емітером. На рисинку цьому стану відповідають часові інтервали t₁ <t <t₂; t3<t4; t5<t<t6, a цей режим характеризується: Uбе = Uбе.нас, U_KE = U_{KЈ нас}, а I_к = I_и .

Вибір транзистора, що працює в режимі ЕК, здійснюється за дво­ма основними параметрами: I_К.доп > I_н; U ke.доп > U, де І_{к доп} —до­пустимий струм колектора; U_К.доп — допустима напруга між колек­тором та емітером транзистора, значення яких подано в паспортних даних. Після вибору транзистора необхідно перевірити його на можли­вість розсіювання колектором виділеної потужності за виразом

TP k.доп.>U ke. нас. Ik (T - t ув - t вим) + 0,5 UI k (t ув + t вим)

Резистор Rб у колі бази транзистора використано для спрямлення вхідної характеристики транзистора. Залежно від потужності транзис­тора опір цього резистора вибирають в межах (5÷10) Ом (чим більша потужність транзистора, тим більший опір резистора).

2.2. Тиристорні електронні ключі

Для реалізації тиристорного ЕК, схему якого показано на рис. 18, а, використовують вузли примусової комутації, які забезпе­чують вимкнення основного тиристора в заданий момент часу. У цій схемі вузол складається з додаткового тиристора VS2, комутувально­го конденсатора С та обмежувального резистора R.

Рис. 18. Схема тиристорного ключа (а) та часові діаграми напруг (б)

Режими тиристорних ЕК визначають відповідними керуючими імпульсами, що виробляються системою керування. У момент подання імпульсу керування U кер1 (рис. 18,6) відкривається основний тиристор VS1 і починають проходити струми навантаження (контур (U+ — R_n— VS1 — U - ) та заряду конденсатора i_Сзар (контур U+ — R— С — VS1 — U-). Конденсатор заряджається до напруги Uc відповідної полярності (рис. 18, б). Для закриття основного тиристора VS1 необхідно відкрити додатковий тиристор VS2 поданням на його ке­руючий електрод імпульсу напруги U_кер2. При відкритому тиристорі VS2 конденсатор С під'єднується паралельно до тиристора VS1, а його струм розряду ic_роз напрямок якого протилежний до струму наванта­ження Ін зменшує струм основного тиристора VS1 до значення, мен­шого від струму утримання тиристора І_утр._т. що призводить до закривання тиристора V1. Тиристор VS2 не утримується у відкритому стані, внаслідок того, що опір резистора R вибирають таким, щоб струм через VS2 був менший від величини струму утримання.

Вибір тиристорів VS1 і VS2 здійснюється за такими параметрами:

Iмакс.доп > Iн; Uмакс.зв>U

Де Iмакс.доп і Uмакс зв —паспортні параметри тиристора.

Ємність комутувального конденсатора С розраховують за умовою забезпечення необхідного часу вимкнення основного тиристора І_вим, який потрібний для відновлення запиральних властивостей тиристора

Для забезпечення надійної комутації час t_вим приймають більшим від часу вимкнення тиристора t_{вим. т} (ця величина задається в паспорт­них даних) на величину At = (20 + 40) мкс. Тобто

t _вим = t_вим.т + Δt

Резистор R, призначений для обмеження струму тиристора VS2 та струму заряду І_Сзар комутувального конденсатора С, вибирається за умовою

де к = 1,5÷2,0 — коефіцієнт, який вводять для забезпечення умови закриття тиристора VS2; І _утр._т — струм утримання тиристора VS2, значення якого подається в паспортних даних.