Дифференциальные усилители

Транзисторы в инверторах

Транзистор — это один из главных компонентов современного сварочного инвертора. Без него инвертор в принципе не будет так называться. И, поскольку сварочные инверторы уже прочно вошли в нашу жизнь, то нелишним будет узнать немного больше об их электронной «начинке». Эта информация будет полезна не столько мастерам по ремонту сварочных аппаратов, сколько самим сварщикам. Для лучшего понимая сути используемого вами оборудования.

Итак, на данный момент чаще всего в сварочных инверторах применяются транзисторы двух типов: IGBT и MOSFET. Именно благодаря им удается добиться достойного качества работ, внедрения новых функций и уменьшению габаритов аппарата.

Подробнее про IGBT

Мы решили заострить ваше внимание на IGBT транзисторах, поскольку они считаются самыми технологичными. IGBT представляет собой стандартный биполярный транзистор с изолированным затвором

Усиливает и генерирует электрические колебания. Часто применяется в инверторе. От полевого транзистора отличается тем, что генерирует силовой канал, а не управляет им. Представляет собой 2 транзистора на подложке.

Именно благодаря IGBT транзисторам удалось развить производство современных сварочных инверторов. Поскольку именно данный тип транзисторов способен работать при высоком напряжении. Очень скоро производителям стало ясно, что применение IGBT транзисторов способно вывести производство инверторов на новый уровень. Удалось значительно уменьшить размеры аппаратов и увеличить их производительность. Порой стандартный IGBT транзистор способен заменить даже тиристор.

Иногда в IGBT инверторы внедряют специальные микросхемы, которые усиливают управляющий электрический сигнал и ускоряют зарядку затворов. Это необходимо для исправного функционирования мощных переключателей.

IGBT или MOSFET?

Выше мы уже упомянули, что помимо транзисторов типа IGBT существуют еще и транзисторы MOSFET. И многие сварщики любят спорить на форумах, какие транзисторы лучше, а какие хуже. Что мы думаем по этому поводу? Сейчас узнаете.

IGBT — это биполярные транзисторы. А MOSFET — полевые. И отличий у них больше, чем многим кажется на первый взгляд. Основное отличие — максимальная мощность, которую способен выдержать транзистор. У IGBT этот показатель выше, поэтому стоят они дороже, чем MOSFET. А это значит, что управляющая схема тоже стоит дороже. На практике, сварщик практически не заметит разницы при работе с инверторам на IGBT или MOSFET. В характеристиках разница есть, но на практике она ощущается слабо. К тому же, на IGBt инверторы сложнее найти запчасти и вообще грамотного мастера по ремонту. И расходники стоят дороже.

Если вы используете недорогой инвертор для домашней сварки, то разницу между IGBT и MOSFET вы точно не заметите. Все преимущества IGBT раскрываются только в профессиональном оборудовании, предназначенном для высоковольтного подключения. В таком случае больший диапазон мощностей действительно играет важную роль и стоит предпочесть IGBT инвертор

В остальных же случаях не важно, какие транзисторы установлены. Вы, как любитель, разницу не почувствуете

Словом, если вы новичок, то приобретайте инвертор на любых транзисторах. Инвертор на MOSFET будет стоить дешевле, вы сможете проще и быстрее его отремонтировать. А если вы выбираете инвертор для профессиональной сварки, то лучше выбрать аппарат на IGBT транзисторах. Они позволят использовать больше мощности. Но и их обслуживание обойдется дороже.

Возможно, вам также будет интересно

Часть 1. Часть 2. Часть 3. Часть 4. Основные характеристики конденсаторов Конденсатор представляет собой пассивный радиоэлемент, состоящий из двух и более металлических пластин (обкладок), разделенных диэлектриком, и способный накапливать электрические заряды на обкладках, если к ним приложена разность потенциалов. Простейший конденсатор — это двухполюсник, состоящий из двух пластин (обкладок), которые разделены диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами пластин. В цепи постоянного тока конденсатор

Введение Фазированная антенная решетка (ФАР) — это антенна, состоящая из нескольких отдельных излучающих элементов, каждый из которых возбуждается высокочастотным сигналом, контролируемым при помощи фазовращателей таким образом, чтобы радиоизлучение от отдельных антенн суммировалось и увеличивалось в выбранном направлении, а в нежелательных направлениях — подавлялось. По сравнению со всенаправленными антеннами, ФАР имеют такие преимущества, как более высокая направленность и скорость управления лучом (перемещение может быть осуществлено за несколько миллисекунд)

Для проектирования интегральных схем требуются специальные библиотеки компонентов и техпроцессов от производителя, но для реализации сложных проектов необходимые дополнительные модели. В статье на практическом примере рассматривается решение, которое позволило создать недостающие структуры в виде параметризованных ячеек PCell с помощью системы проектирования Analog Office. Все пассивные компоненты схемы моделировались как отдельные структуры с помощью ЭМ-симулятора AXIEM.

Таблица электрических параметров

Данные в таблице действительны при V_CC=5.0 V, V_EE=GND, T_A=25°C.

Параметр	Обозн.	Мин.	Тип.	Макс.	Ед. изм.
Разница входных напряжений смещения	V_IO				mV
V_CC = 5,0…30 V
T_A = 25°C			2	7
T_A = T_high				9
T_A= T_low				9
Средний температурный коэффициент V_IO	ΔV_IO/ΔT	−	7	−	µV/°C
T_A = T_high…T_low
Разница входных токов смещения	I_IO	−	5	50	nA
T_A = T_high…T_low		−	−	150
Средний температурный коэффициент I_IO	ΔI_IO/ΔT	−	10	−	pA/°C
T_A = T_high…T_low
Входной ток смещения	I_IB	−	−90	−250	nA
T_A = T_high…T_low			−500
Диапазон входного синфазного напряжения	V_ICR				V
T_A = +25°C		28,3
T_A = T_high…T_low		28
Диапазон входного дифференциального напряжения	V_IDR	−	−	V_CC	V
Коэффициент усиления большого сигнала по без обратной связи	A_VOL				V/mV
R_L = 2.0 kΩ, V_CC= 15 V,		25	100	−
T_A = T_high…T_low	15
Разделение входных каналов при 10…20 kHz	CS	−	−120	−	dB
Коэффициент подавления синфазного сигнала, при RS менее 10 kΩ	CMR	65	70	−	dB
Коэффициент подавления помех источника питания	PSR	65	100	−	dB
Максимальное выходное напряжение	V_OH				V
V_CC = 5 V	3,3	3,5
V_CC = 30 V	27	28
Минимальное выходное напряжение V_CC = 5 V	V_OL		5	20	mV
Выходной ток V_CC= 15 V, Т_А=25°С	I_{O +}	20	40		mA
Выходной ток (нагрузка подключена к источнику питания) V_CC = 15 V, T_A = 25°C	I_{O −}	10	20		mA
Выходной ток короткозамкнутой нагрузки на землю	ISC		40	60	mA
Ток источника питания при V_CC= 30 V V_O = 0 V				3	mA

Расчёт дифференциального каскада усиления

Необходимо рассчитать дифференциальный усилитель со следующими параметрами: изменение входного сигнала ∆U_BX = 10 мВ, сопротивление источника сигнала R_Г = 1 кОм, изменение выходного напряжения ∆U_BbIX = 5 B.

Выберем напряжение питания усилителя Eк, которое должно обеспечить заданную амплитуду выходного сигнала и не вводить транзистор в насыщение
- — транзистор при максимальной амплитуде не должен входить в насыщение
  
  где U_CEнас – напряжение насыщения транзисторов. Для маломощных U_CEнас =1 В, для мощных U_CEнас = 2 В.
- — напряжение питания составит
  
  Примем Eк = 15 В
Выберем тип транзисторов усилительного каскада. Выберем транзистор типа КТ315 со следующими параметрами: U_CEmax = 30 В, I_Cmax = 100 mA, I_CBO = 1 mkA, f_h21e = 250 МГц, h_21e = 100, P_{K max} = 150 мВт.
Примем коллекторный ток транзисторов VT1 и VT2 I_C = 1 мA и рассчитаем резисторы устанавливающие режим работы данных транзисторов:
- — коллекторные резисторы R_C = R3 = R5
  
  Примем R_C = 7,5 кОм
- — резисторы в цепи базы R_b1=R1=R7, R_b2=R2=R8
  
  Примем R_b2=R2=R8 = 10 кОм
  
  Примем R_b1=R1=R7 = 150 кОм
Рассчитаем источник стабильного тока согласно данной статье
- Выберем стабилитрон типа КС139Г со следующими параметрами U_ст.ном. = 3,9 В, I_ст.ном. = 5 мА.
- — сопротивление резистора R6
  
  Примем R6 = 2,2 кОм
- — cопротивление резистора R4
  
  Примем R4 = 1,6 кОм
Определим параметры дифференциального каскада. Для этого определим дифференциальное выходное сопротивление источника стабильного тока

где r_CE и r_BE – внутренние коллекторно-эмиттерное и базо-эмиттерное сопротивления транзистора

где U_γ – потенциал Эрли, который имеет следующие значения для n-p-n-транзисторов – 80…200 В, для p-n-p-транзисторов 40…150 В
U_Т – тепловой потенциал, равный 26 мВ для комнатной температуры
Таким образом, выходное дифференциальное сопротивление источника тока составит

Коэффициент усиления дифференциального сигнала

где R_ВХ – входное сопротивление дифференциального усилителя

где R11 – эквивалентное входное сопротивление
Rb – эквивалентное базовое сопротивление

тогда

а коэффициент дифференциального усиления составит

Коэффициент усиления синфазного сигнала

Коэффициент ослабления синфазного сигнала

К_ОССФ = 55803 раза или 95 дБ, что является достаточно неплохим результатом, так как в случае применения вместо стабилизатора тока обычного резистора порядка нескольких сотен Ом К_ОССФ составил бы 50…60 дБ, что является недостаточным значениемдля современного уровня развития электронных устройств.