Зажим Бейкера - Baker clamp

Зажим Бейкера это общее название класса электронных схем, которые сокращают время хранения переключения биполярный переходной транзистор (BJT) путем применения нелинейного негативный отзыв через различные виды диоды. Причина медленного отключения насыщенных BJT - накопленный заряд в базе. Его необходимо удалить до того, как транзистор выключится, поскольку время хранения является ограничивающим фактором использования биполярных транзисторов и БТИЗ в приложениях с быстрым переключением. Зажимы Бейкера на основе диодов предотвращают насыщение транзистора и, таким образом, накопление большого количества накопленного заряда.[1]

Источник

Стандартная двухдиодная схема зажима Бейкера, включающая ток обратной связи I1 что снижает базовый ток Iб
Альтернатива зажиму Бейкера в Транзистор шоттки

Зажим Бейкера назван в честь Ричарда Х. Бейкера, который описал его в своем техническом отчете 1956 года «Транзисторные схемы переключения с максимальной эффективностью».[2] Бейкер назвал эту технику «обратным зажимом», но теперь схема называется зажимом Бейкера. Многие источники ссылаются на отчет Бейкера о двухдиодной фиксирующей схеме.[3][4][5]Также в 1956 году Бейкер описал схему в патентной заявке; патент, выданный 1961 г., US 3,010,031,[6] заявляет об использовании зажима в симметричных триггерных схемах.

Говорят, что подобные схемы зажимов были известны еще до доклада Бейкера. Кюттэля заявляет: «Хотя изобретение схемы зажима Бейкера приписывают Ричарду Х. Бейкеру (патент США 3010 031), оно уже было общеизвестным в 1953 году и описано во вводных статьях по транзисторам, написанным Ричардом Ф. Ши».[7] Однако текст о транзисторах Ши 1953 года не описывает подобную схему зажима.[8] Текст Ши 1957 года действительно описывает схему зажима и ссылается на технический отчет Бейкера.[3]

Существуют и другие схемы зажимов. В руководстве 1959 года описан метод, называемый «зажим насыщения».[9] В этой схеме есть источник питания фиксатора насыщения с напряжением около 2 В, подключенный к коллектору с помощью фиксирующего диода насыщения. Когда транзистор приближается к насыщению, включается ограничивающий диод и подает дополнительный ток коллектора, чтобы не допустить насыщения транзистора. Источник питания зажима насыщения должен обеспечивать значительный ток.[10] Напротив, зажим Бейкера уменьшает базовый ток транзистора, а не обеспечивает больший ток коллектора.

Другая схема зажима использует зажим с одним диодом.[9] Он уменьшает базовое напряжение, когда транзистор приближается к насыщению, но использует схему резисторного делителя.

Цепи зажима также использовались для ускорения переходов среза. Когда транзистор отключен, выходной сигнал аналогичен RC-цепи, которая экспоненциально затухает до своего конечного значения. По мере того, как схема приближается к своему окончательному значению, для зарядки конденсатора становится меньше тока, поэтому скорость приближения уменьшается. Для достижения 90 процентов окончательного значения требуется около 2,3 константы времени.[11] Фиксация отсечки уменьшает размах выходного напряжения, но ускоряет переход. Фиксация напряжения коллектора на уровне 63 процентов от конечного значения позволяет увеличить скорость в два раза.[12]

Основная идея

Зажим Бейкера вводит нелинейную отрицательную обратную связь в каскад с общим эмиттером (переключатель BJT) с целью избежать насыщения за счет уменьшения усиления вблизи точки насыщения. Пока транзистор находится в активном режиме и находится достаточно далеко от точки насыщения, отрицательная обратная связь отключается и коэффициент усиления максимален; когда транзистор приближается к точке насыщения, постепенно включается отрицательная обратная связь, и коэффициент усиления быстро падает. Чтобы уменьшить усиление, транзистор действует как шунтирующий стабилизатор по отношению к своему собственному переходу база-эмиттер: он отводит часть тока базы на землю, подключая стабилизированный по напряжению элемент параллельно переходу база-эмиттер.

Выполнение

Схема двухдиодного зажима Бейкера показана на рисунке из патента Бейкера и во многих других публикациях.[9]Диод обратной связи (D1) между коллектором и входом ограничивает напряжение коллектора примерно до VБЫТЬ путем отвода избыточного входного тока через коллектор на землю.[13]Дополнительный кремниевый диод включен последовательно с клеммой базы для повышения эффективного входного напряжения; фиксирующий диод в обратной связи коллектор – база иногда делается из германия, чтобы минимизировать падение напряжения на нем.[6]Базовый диод позволяет использовать кремниевый диодный зажим с кремниевым транзистором и сохраняет VCE вокруг диодного падения и намного больше, чем VCE (сб). К сожалению, он отключается и создает обратный путь с высоким сопротивлением при попытке выключить транзистор. Хотя базовый заряд был сведен к минимуму, теперь получить заряд из базы стало сложнее.

Второй базовый диод, подключенный антипараллельно базовому диоду (D2 на схеме Бейкера) обеспечит обратный путь с низким сопротивлением для удаления накопленного базового заряда в транзисторе. Эта трехдиодная схема все еще упоминается некоторыми источниками как зажим Бейкера.[14] в то время как другие называют только двухдиодную схему зажимом Бейкера.[15]

Простая альтернатива зажиму Бейкера - одиночный низковольтный диод от коллектора к базе. Для хорошей работы прямое падение диода должно быть меньше падения база-эмиттер, поэтому германий с низким падением напряжения и Диоды Шоттки может использоваться с кремниевыми транзисторами (прямое падение напряжения диода Шоттки намного меньше, чем VБЫТЬ напряжение смещения кремниевого транзистора, и он быстро переключается). Альтернативная схема фиксации диода подключает диод к соединению двух резисторов смещения базы.[9]Современное решение - объединить комбинацию диода Шоттки и транзистора в один Транзистор шоттки. Некоторые источники также называют эту конфигурацию зажимом Бейкера.[16]

Зажимы Бейкера также используются в силовых приложениях, и выбор диодов является серьезной проблемой при проектировании.[17]

Одним из недостатков клещей Бейкера является повышенный низкий уровень выходного напряжения (как в Транзистор дарлингтона ). В логических схемах снижает помехозащищенность; в силовых приложениях он увеличивает рассеиваемую мощность.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Саймон С. Анг (1995). Силовые преобразователи. Марсель Деккер. п. 340. ISBN  978-0-8247-9630-3.
  2. ^ Р. Х. Бейкер (1956), «Цепи переключения с максимальным КПД», Отчет лаборатории Линкольна MIT TR-110
  3. ^ а б Ричард Ф. Ши, изд. (1957). Транзисторная схемотехника. Вайли. п. 322.
  4. ^ Эрнст Блейлер (1964). Методы экспериментальной физики. 2: Электронные методы. Академическая пресса. ISBN  978-0-12-475902-2.
  5. ^ Уильям Д. Рёр и Даррелл Торп (редакторы) (1963). Справочник по коммутирующим транзисторам. Полупроводниковая продукция Motorola. п. 32.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (связь)
  6. ^ а б США 3010031, Бейкер, Ричард Х., "Симметричная схема переключения транзисторов с обратным зажимом", опубликованная 24 октября 1956 г., выпущенная 21 ноября 1961 г. 
  7. ^ Кюттяля, Теему (2008), Твердотельные гитарные усилители, п. 128, Хотя изобретение схемы зажима Бейкера приписывают Ричарду Х. Бейкеру (патент США 3010 031), оно было уже широко известно в 1953 году и описано во вводных статьях по транзисторам, написанным Ричардом Ф. Ши.
  8. ^ Ши, Ричард Ф., изд. (1953), Принципы транзисторных схем, Нью-Йорк: Wiley; также опубликовано Chapman & Hall, Лондон
  9. ^ а б c d Департамент армии (1963) [1959], Основы теории и применения транзисторов; Техническое руководство 11-690, Dover, pp. 195–199.
  10. ^ Ток коллектора транзистора будет яC = βIB; все, что не исходит от нагрузки, будет поступать от источника питания зажима насыщения.
  11. ^ ln (1−0,9) = - 2,302585
  12. ^ ln (1−0,63) = - 0,99425
  13. ^ Нил Чаддертон и Дино Розальди (май 1996 г.). «Высокочастотное преобразование постоянного тока в постоянный с использованием сильноточных биполярных транзисторов: работа 400 кГц с устройствами оптимизированной геометрии» (PDF). Zetex. Архивировано из оригинал (PDF) на 22 декабря 2009 г.
  14. ^ Рор, Уильям Д., изд. (2001), Руководство по применению выпрямителя: справочное руководство и руководство по проектированию (PDF) (редакция 2-е изд.), ON Semiconductor, заархивировано из оригинал (PDF) на 2009-04-07, получено 2009-04-20 На страницах 175–176 описан 3-диодный «зажим Бейкера».
  15. ^ Гарри Э. Томас (1968). Справочник по транзисторам, полупроводникам, приборам и микроэлектронике. Прентис-Холл. п. 228.
  16. ^ Пол Горовиц и Winfield Hill (1989), Искусство электроники (Второе изд.), Cambridge University Press, стр. 908, г. ISBN  978-0-521-37095-0
  17. ^ Прессман, Авраам И. (1998), Импульсный источник питания (2-е изд.), McGraw-Hill, стр. 328–330, ISBN  0-07-052236-7