Текст книги "Импульсные блоки питания для IBM PC"

Преобразователь импульсов, действующий по принципу модуляции их ширины, является одним из основных каскадов импульсного источника питания. Принцип работы источника состоит в том, что от ШИМ регулятора зависит поступление всей энергии во вторичные цепи питания. Правильность же его работы определяют параметры стабилизации вторичных напряжений. Выше был описан (см. главу 1) общий принцип широтно-импульсной модуляции и его использование в импульсных источниках вторичного электропитания. В данном разделе будет рассмотрено практическое воплощение этого принципа на примере специального каскада, предназначенного для управления работой источника питания в компьютерах ATX форм-фактора.

На принципиальной схеме, приведенной на рис. 2.2, непосредственно к каскаду ШИМ преобразователя относятся узлы, построенные на следующих активных элементах:

• микросхема IC1 типа TL494 – ШИМ преобразователь. Цепи пассивных элементов, подключенные к микросхеме, задают динамические параметры ее работы, а также являются составными частями датчиков контроля уровней вторичных напряжений;

• группа элементов на транзисторах Q7, Q8 и трансформаторе T2 образует каскад согласования уровня и мощности импульсных сигналов между выходом ШИМ преобразователя и входными цепями усилителя мощности;

• узел на транзисторах Q1, Q2, Q4 – Q6 установлен для ШИМ регулятора с целью получения сигналов о неконтролируемом возрастании или понижении уровней вторичного напряжения; он используется также для защиты вторичных цепей.

Все основные преобразования ШИМ сигналов, а также их формирование осуществляется модулятором, выполненным на микросхеме типа TL494. Существует два типа корпусов, в которых выпускается данная микросхема. В источниках питания, как правило, используется пластиковый корпус DIP, имеющий 16 выводов. Полное наименование микросхемы в таком корпусе – TL494CN. Обозначение относится к микросхеме производства фирмы Texas Instruments. Функциональное назначение выводов микросхемы приведено в табл. 2.3. Соответствующие аналоги этой микросхемы выпускают и некоторые другие фирмы, причем каждая из них присваивает свое фирменное обозначение. Приведем примеры: фирма FUJITSU – MB3759, фирма SAMSUNG – KA7500, фирма FAIRCHILD – ma494, микросхема российского производства – КР1114ЕУ4, фирма SHARP – IP3MO2. Эта микросхема предназначена специально для построения ШИМ узлов. В корпусе микросхемы TL494CN заключены все необходимые каскады.

Таблица 2.3. Функциональное назначение выводов микросхемы TL494CN

Функциональная схема интегрального ШИМ преобразователя типа TL494 изображена на рис. 2.7.

Рис. 2.7. Функциональная схема интегрального ШИМ преобразователя типа TL494

Элементы, изображенные на функциональной схеме, имеют следующие наименования и назначение:

• на элементах, входящих в состав узла под общим названием «Генератор», собран основной каскад генератора пилообразного напряжения, временные характеристики колебаний которого задаются внешними элементами, подключаемыми к выводам 5 и 6;

• источник опорного напряжения предназначен для формирования стабильного напряжения с номинальным значением +5 В, используемого для работы каскадов сравнения и выработки напряжения ошибки. Точность источника опорного напряжения находится в пределах ±5 %;

• элемент DA1 – компаратор «мертвой зоны», временного интервала между выходными импульсами;

• элемент DA2 – компаратор сравнения сигналов рассогласования и пилообразного напряжения – ШИМ компаратор;

• операционные усилители DA3 и DA4 – схемы выработки сигналов рассогласования;

• элементы с номерами DD1 – DD6 относятся к технике цифровой автоматики и выполняют логическую обработку сигнала, поступающего от ШИМ компаратора DA2;

• два транзистора VT1 и VT2 используются для построения усилителей уровня и мощности выходных импульсных последовательностей. Выводы коллекторов и эмиттеров этих транзисторов оставлены ненагруженными для расширения возможностей по их подключению к последующим каскадам.

Операционные усилители сигнала ошибки имеют рабочий диапазон входных напряжений от -0,3 до 2 В. Последнее (наибольшее) значение соответствует U_п – напряжению питания микросхемы. На входе компаратора «мертвой зоны» технологически установлено смещение, обеспечивающее гарантированное наличие минимальной паузы между импульсами управления. Рабочее напряжение питания на микросхеме в диапазоне от 7 до 40 В может быть установлено произвольным. Предельное значение напряжения питания микросхемы и уровень напряжения на коллекторах выходных транзисторов составляет 41 В. Максимальное значение тока коллектора I_к max равно 250 мА, рекомендованный рабочий ток – 200 мА.

Рабочий диапазон частот генератора пилообразного напряжения составляет от 1 до 300 кГц. Конденсатор, подключаемый к выводу 5 микросхемы IC1, может иметь любое значение номинала от 470 пФ до 10 мкФ, резисторы для установки во времязадающей цепи – в пределах 1,8-500 кОм.

Температурный диапазон работы микросхемы типа TL494CN составляет 0-70 °C.

С момента подачи напряжения питания на вывод 12 относительно вывода 7 ШИМ регулятор начинает формирование на выходных контактах (выводы коллекторов и эмиттеров транзисторов VT1 и VT2) импульсных сигналов. Формально для получения на этих выводах последовательностей импульсов никаких сигналов обратной связи не требуется. Но к микросхеме должны быть подключены пассивные элементы, задающие параметры работы генератора и обеспечивающие смещения на входах операционных усилителей. Для наблюдения импульсов на выводах выходных транзисторов в схеме должны быть установлены дополнительные нагрузочные резисторы, определяющие схему их включения.

Рассмотрим схему включения ШИМ преобразователя в системе управления импульсным источником питания, пользуясь обозначениями на принципиальной схеме, приведенными на рис. 2.2, и функциональной схемы – на рис. 2.7.

При подаче напряжения питания на вход импульсного источника на транзисторе Q3 включается автогенераторный вспомогательный источник, который формирует на своих вторичных обмотках два напряжения. Первое предназначено для запитки стабилизатора канала дежурного режима, а второе – для подачи питающего постоянного напряжения на микросхему ШИМ стабилизатора. Обмотка трансформатора T6, с которой снимаются напряжения для питания IC1 и стабилизатора канала дежурного режима (+5VSB), включена во вторичную цепь источника питания. Это означает, что общие проводники этих цепей объединены между собой. Таким образом, питание ШИМ преобразователя производится напряжением, гальванически развязанным от первичной сети питания. Напряжение, подаваемое на вывод 12 микросхемы IC1 от выпрямителя на D9, нестабилизированно и служит для начального запуска этой микросхемы. В зависимости от величины нагрузки канала дежурного режима +5VSB уровень напряжения на вторичной обмотке трансформатора T6, а, следовательно, и питания на IC1/12, будет изменяться в некоторых пределах.

Для формирования пилообразного напряжения внутренним генератором микросхемы IC1 между ее выводом 6 и общим проводом вторичного напряжения подключен резистор R29 с номинальным значением сопротивления 12 кОм, а между общим проводом и выводом IC1/5 включен конденсатор C18 емкостью 1500 пФ. Согласно сервисной документации на микросхему TL494, расчет частоты генерации, применительно к элементам данной принципиальной схемы, может быть произведен по следующей формуле:

При указанных значениях элементов RC цепочки, частота работы генератора составляет ~55,5 кГц. Внутренний генератор формирует сигнал с нарастающим напряжением, форма которого представлена на верхней диаграмме рис. 2.8. Согласно данным технической документации на микросхему TL494, нарастание напряжения доходит до уровня +3 В, после чего конденсатор разряжается и напряжение на нем скачком падает до нулевого значения. Затем процесс циклически повторяется (см. диаграммы на рис. 2.8). Вид сигналов имеет качественный характер и не отражает реальных временных и амплитудных соотношений.

Рис. 2.8. Диаграммы напряжений, иллюстрирующие работу микросхемы TL494

Пилообразное напряжение подается на инвертирующие входы компаратора «мертвой зоны» – элемент DA1 и ШИМ компаратора – элемента DA2. Ко второму входу компаратора подключен внутренний источник начального смещения, величина которого задана и составляет 100 мВ. На диаграмме 1 рис. 2.8 наличие этого источника условно изображено прямой линией, пересекающей «зубцы» пилообразного напряжения. Компаратор является пороговым устройством, поэтому на его выходе формируется сигнал, значения которого принимают только два состояния. Если на инвертирующем входе напряжение превышает уровень напряжения на неинвертирующем, то на выходе компаратора устанавливается низкое напряжение, в данном случае нулевое. И наоборот, если величина напряжения на инвертирующем входе меньше, чем на неинвертирующем, то на выходе напряжение принимает значение высокого уровня, близкого к уровню питания. В нашем случае, когда напряжение начального смещения на неинвертирующем входе компаратора DA1 больше напряжения пилообразного генератора, поданного на второй вход, выходное напряжение (диаграмма 2 на рис. 2.8) имеет высокий уровень. Ко входу IC1/4 подключены дискретные элементы каскадов только с положительным напряжением питания. Смещение на неинвертирующем входе DA1 на величину 100 мВ является минимальным, и приращение напряжения на IC1/4 может только увеличить его. Поэтому можно сделать вывод о том, что длительность импульсов, формируемых на выходе DA1, при данном начальном смещении имеет минимальное значение и с повышением напряжения на выводе IC1/4 длительность импульсов положительной полярности будет только увеличиваться. Какое влияние это свойство оказывает на работу всей схемы управления, будет рассмотрено ниже.

Периодическая последовательность импульсов с выхода компаратора DA1 поступает на цифровой логический элемент типа ИЛИ – DD1. Частота следования импульсов определяется временными характеристиками пилообразного напряжения.

Усилитель ошибки на элементе DA3 проводит сравнение напряжения обратной связи и опорного напряжения, уровень последнего определяется соотношением резисторов R23 и R24, подключенных между выводом IC1/14 и общим проводом. Внутренний каскад схемы IC1 формирует на выводе IC1/14 стабильное напряжение с номинальным значением +5 В. Резисторы R23 и R24 образуют делитель напряжения, средняя точка которого подключена через вывод IC1/2 к инвертирующему входу операционного усилителя DA3. На неинвертирующий вход DA3 через два резистора R46 и R47 поступает напряжение от выходов вторичных каналов напряжения со значениями +5 В и +12 В соответственно. Вход IC1/1 через параллельно соединенные резисторы R25 и R26 подключен к общему проводу вторичного питания. Величины сопротивлений резисторов R25, R26, R46 и R47, образующих делитель, подобраны таким образом, что при номинальных значениях выходных вторичных напряжений на выводе IC1/1 устанавливается напряжение чуть ниже значения +2,5 В. Этим создано некоторое начальное дифференциальное смещение на входах DA3. Усилитель DA3 работает в линейном режиме, параметры усиления определяются внутренней схемотехникой этого каскада. Питание DA3 осуществляется только от внутреннего источника с положительным значением напряжения. Следовательно, изменение выходного напряжения на DA3 может происходить только в положительной области. Для выполнения этого условия напряжение на выводе IC1/1 не должно превышать +2,5 В. Превышение этого порога приведет к тому, что на выходе DA3 установится напряжение с нулевым значением. Далее будем предполагать, что этого не происходит, и схема работает в некотором заданном для зоны регулировки диапазоне.

Итак, на входе IC1/2 – напряжение постоянное, а на вход IC1/1 поступает напряжение обратной связи, которое имеет отклонение, определяемое поведением нагрузки. На выходе усилителя DA3 формируется сигнал рассогласования, или ошибки, точность которого определяется параметрами стабильности внутреннего источника опорного напряжения микросхемы IC1. Понятно, что все его отклонения от номинала будут передаваться на IC1/2. Выход DA3 подключен к неинвертирующему входу ШИМ компаратора – DA2, на второй его вход подается пилообразное напряжение от генератора. Формы различных сигналов на входах DA2 показаны на диаграмме 3, приведенной на рис. 2.8. Линией, пересекающей «пилу», изображено напряжение на неинвертирующем входе DA2. Внешний вид результирующего сигнала на выходе DA2 представлен на диаграмме 4 (см. рис. 2.8). Видно, что импульсы положительной полярности формируются здесь в том случае, когда уровень напряжения, поданного с выхода DA3, превышает уровень линейно нарастающего напряжения на инвертирующем входе DA2. На диаграмме 4 показано, как происходит изменение длительности положительных импульсов и соответственно паузы между ними в зависимости от формы напряжения на выходе DA3. Длительность положительного импульса увеличивается по мере возрастания уровня на выходе DA3, то есть продолжительность импульса прямо пропорциональна уровню напряжения на выходе усилителя рассогласования. Последовательность импульсов подается на второй вход цифрового элемента DD1, на первый вход которого поступает импульсный сигнал с выхода DA1 – компаратора «мертвой зоны».

Элементы микросхемы IC1, работа которых описана выше, входят в аналоговую часть обработки и формирования сигналов. Необходимо отметить, что компараторы занимают здесь пограничное положение. Получая по входам аналоговые сигналы, на выходах они формируют двухуровневый сигнал. Компоненты же с буквенным обозначением DD относятся к элементам исключительно цифровой автоматики, работающими с дискретными сигналами как по входам, так и по выходам. Сигналы имеют только два уровня. В позитивной логике (этой терминологии мы будем придерживаться и далее) логической единицей принято считать значение напряжения, близкое к уровню положительного питания. Уровень логического нуля – низкий уровень, близкий к потенциалу общего провода.

Выходное состояние элемента DD1, логическое ИЛИ, принимает значение логической единицы тогда и только тогда, когда хотя бы на одном (произвольном) из его входов сигнал также имеет высокий логический уровень. Выход считается в состоянии низкого уровня, когда на все входы логического элемента типа ИЛИ подводятся напряжения также низкого уровня.

Вид импульсных сигналов на входах элемента DD1 представлен на диаграммах 2 и 4 (см. рис. 2.8). По времени начало формирования положительных импульсов на обеих диаграммах совпадает, но их длительность больше в последовательности, поступающей с выхода DA3. В данном случае выходной сигнал элемента DD1 будет совпадать с диаграммой 4. Последовательность, полученная на выходе DD1, является базовой для формирования конечного управляющего воздействия на силовые элементы усилителя мощности. Все временные соотношения конечного сигнала уже заложены в этой исходной последовательности. Выход DD1 соединен со счетным входом C динамического триггера – DD2, а также с одним из входов каждого из логических элементов DD5 и DD6.

Состояние выходов динамического триггера изменяется с поступлением положительного фронта импульса на его счетный вход. В этот момент состояние информационного входа, вывод D, «переписывается» (повторяется) на прямой выход триггера – вывод Q. Выход (-Q) всегда имеет состояние противоположное Q.

На функциональной схеме, представленной на рис. 2.7, показано, что динамический триггер DD2 (D-триггер) имеет соединение инверсного выхода с информационным входом – D. Такое подключение триггера устанавливает его в режим деления частоты импульсной последовательности, поступающей на счетный вход, на два. Срабатывание триггера, то есть изменение состояния его парафазных выходов, происходит только в момент поступления на вход C положительного фронта импульса. В это время каждый из его выходов меняет свое состояние на противоположное. Выводы Q и D соединены между собой, поэтому любое изменение состояния выхода Q передается на вход D. В результате каждый фронт, поступающий по входу C, переписывает на выходы измененный уровень входа D. Между приходом двух фронтов состояние выходов триггера сохраняется стабильным, что показано на диаграммах 5 и 6 (см. рис. 2.8). Диаграмма 5 соответствует состоянию прямого выхода триггера – вывод Q, а диаграмма 6 – изменению состояния инверсного выхода – вывод (-Q). Переключение триггера происходит по положительным фронтам последовательности диаграммы 4.

Процесс цифрового деления исходной частоты на два имеет важную особенность: независимо от вида (временных соотношений импульсов и пауз) входного импульсного сигнала, в последовательности, полученной в результате деления, длительности импульсов и пауз будут равны (см. диаграммы 5 и 6 на рис. 2.8).

Выход Q триггера DD2 подключен к одному из входов элемента DD3, а инверсный выход (-Q) – к одному из входов логического элемента DD4. Двухвходовые элементы DD3 и DD4 выполняют функцию логического И. Элементы этого типа формируют на выходных выводах сигналы высокого логического уровня в случае, когда все их входы имеют также высокие уровни. При любой иной комбинации логических уровней на входах элемента И выход его будет оставаться низким. Все входы логического элемента оказывают одинаковое воздействие на формирование выходного сигнала, то есть они равноправны. Если на один из входов постоянно подавать высокий логический уровень, то он окажется разрешающим и не будет воздействовать на прохождение через элемент сигнала со второго входа. Или иначе, все изменения сигнала, установленного на втором входе, будут точно повторяться на выходе.

На рис. 2.7 вывод микросхемы IC1/13 соединен с одним из входов элементов DD3 и DD4 и может быть использован для блокировки импульсных сигналов, поступающих на элементы DD3 и DD4 от выходов триггера DD2. Блокировка осуществляется подачей на этот вывод сигнала низкого логического уровня. В данной принципиальной схеме вывод IC1/13 постоянно соединен с IC1/14 – выходом источника внутреннего опорного напряжения +5 В. Этот потенциал является постоянным разрешением для прохождения последовательностей от выходов триггера на выходы DD3 и DD4. Следовательно, форма напряжения на входах и выходах элементов соответственно DD3 и DD4 будет идентична. В данном случае эти элементы выполняют функции буферных элементов и повторителей.

Последние элементы, установленные в цепи формирования ШИМ сигнала, это двухвходовые элементы DD5 и DD6. По одному входу этих элементов подключено к DD3 и DD4 соответственно, а другая пара входов элементов DD5 и DD6 объединена между собой и подключена к выходу DD1. Элементы DD5 и DD6 используются для исполнения логической функции типа ИЛИ-НЕ. Эти элементы осуществляют логическую операцию, аналогичную DD1, но добавляют еще и отрицание, которое в цифровой технике эквивалентно инвертированию. На выходе логического элемента ИЛИ-НЕ появляется сигнал низкого уровня, когда хотя бы на одном из его входов установлено напряжение высокого уровня. Если у двухвходового элемента ИЛИ (ИЛИ-НЕ) ввести некоторое абстрактное различие между входами и один рассматривать как информационный, а второй – как разрешающий, то можно сделать вывод о том, что для прохождения данных от первого входа на выход элемента на входе разрешения должен быть установлен низкий уровень напряжения. При подаче высокого уровня на вход разрешения информация блокируется, и на выходе постоянно присутствует низкий уровень. Это справедливо для логики работы элемента типа ИЛИ-НЕ.

На входе DD5 действуют сигналы, поступающие от выходов DD1 (см. диаграмму 4 на рис. 2.8) и DD3 (см. диаграмму 5). В результате логического сложения этих входных воздействий с инвертированием на выходе элемента DD5 появляется сигнал, показанный на диаграмме 7. Аналогично на диаграмме 8 представлена форма импульсов, полученных на выходе элемента DD6. Импульсы положительной полярности поступают на выходы DD5 и DD6, когда оба входных сигнала у каждого из этих элементов принимают значение низкого уровня.

Из диаграмм 4, 7 и 8 видно, что на выходах элементов DD5 и DD6 появляются чередующиеся импульсы последовательности диаграммы 4. Рабочими импульсами на диаграмме 4 будем считать временные интервалы, границы которых очерчены спадом и фронтом, то есть начало импульса – это спад положительного напряжения, а его окончание – положительный фронт. Один импульс с выхода DD1 поступает на выход элемента DD5, а входной сигнал на DD6 в этот момент блокирован высоким уровнем, поданным от инвертирующего выхода триггера DD2. Следующий импульс из последовательности на выходе DD1 появляется уже на выходе DD6, а в DD5 он блокируется высоким уровнем, поступающим от прямого выхода триггера DD2. На выходе каждого из логических элементов DD5 и DD6 поочередно появляются импульсы из последовательности, сформированной на выходе DD1.

На выходах DD5 и DD6 формируются две последовательности импульсов. Частота следования импульсов в каждой из них в два раза ниже, чем частота пилообразного напряжения на конденсаторе C11. Импульсы положительной полярности двух последовательностей разнесены во времени, то есть интервалы их действия не пересекаются. Далее каждая последовательность используется для управления своим транзистором полумостового импульсного усилителя мощности. Достаточно важным является вопрос корректного формирования импульсных последовательностей для возбуждения транзисторной схемы усилителя мощности, поэтому необходимо рассмотреть некоторые граничные случаи работы схемы источника питания и реакцию на них элементов микросхемы IC1.

Временное положение импульсов жестко определено формой пилообразного напряжения. Спады импульсов в каждой из последовательностей синхронизированы со спадами линейно нарастающего напряжения, формируемого генератором микросхемы. Временное положение спада не изменяется. Если рассмотреть диаграмму 3, то можно отметить, что положение спада импульса, формируемого ШИМ компаратором (см. диаграмму 4), зависит от текущего соотношения значений напряжения «пилы» и напряжения рассогласования. Понижение уровня напряжения рассогласования на диаграмме 4 вызывает «сдвиг» начала импульса влево. Положение фронта этого импульса, то есть его окончание, жестко определяется моментом спада пилообразного напряжения, следовательно, происходит увеличение его длительности. Частота импульсов не изменяется, а их длительность регулируется выходным уровнем усилителя рассогласования DA3.

В начале описания работы ШИМ преобразователя упоминалось о так называемом компараторе «мертвой зоны» (см. диаграммы 1 и 2). Теперь, когда стал понятен общий механизм работы всей схемы широтно-импульсного модулятора, следует пояснить необходимость его наличия в схемах подобного типа.

На элементе DD1 производится логическое сложение импульсных сигналов от компараторов DA1 и DA2. Ранее было сделано предположение, что положительный импульс компаратора DA2 имеет большую ширину, чем аналогичный выходной импульс от DA1. Однако, если начнется процесс сужения импульса от DA2, то при нулевом уровне сигнала от DA1 в предельном случае на выходе DD1 установится постоянный низкий уровень. Триггер DD2 не сможет проводить коммутацию своих выходов, а на DD5 и DD6 появятся постоянные противоположные логические уровни. При этом остановится процесс коммутации транзисторов силового каскада. Для защиты от возникновения подобной ситуации предназначен компаратор «мертвой зоны». При сужении импульса от DA2 наступает такой момент, когда длительность положительного импульса от DA1 становится определяющей при сложении сигналов, поступающих на входы DD1. Положительный импульс на выходе DD1 не может быть уже выходного импульса компаратора «мертвой зоны». Если проследить поведение цифровой части схемы в этом случае, то будет видно, что в результате преобразований на выходах DD5 и DD6 появятся последовательности положительных импульсов, длительности которых будут совпадать с паузами (логическими нулями) на диаграмме 2. Пауза же между этими импульсами будет равна длительности положительных импульсов на диаграмме 2. Это означает, что узел на компараторе «мертвой зоны» гарантированно обеспечивает появление в выходных каскадах ШИМ преобразователя последовательностей импульсов с заданными интервалами пауз между импульсами. Такой механизм действий позволяет увеличить поступление энергии во вторичную цепь и возобновить процесс ШИМ регулирования с помощью усилителя DA3 и компаратора DA2. Пауза, образованная за счет наличия источника 100 мВ на входе DA1, позволяет исключить появление сквозных токов в силовых транзисторах усилителя мощности.

Появлением импульсных сигналов на выходах элементов DD5 и DD6 заканчивается логическая обработка сигнала рассогласования и формирование ШИМ последовательностей в преобразователе. Вид этих последовательностей импульсов останется неизменным до их подачи на силовые элементы усилителя мощности. Все каскады, установленные между выходами элементов DD5, DD6 и базовыми цепями транзисторов усилителя мощности, предназначены только для увеличения энергетических характеристик импульсов управления и согласования их уровней.

Внутренние транзисторы VT1 и VT2 микросхемы IC1 используются для первичного усиления управляющих последовательностей импульсов, которые подаются на их базы от элементов DD5 и DD6. Выводы этих транзисторов не имеют внутренних подключений к каким-либо нагрузочным резистивным цепям. Они специально оставлены свободными для применения транзисторов в различных вариантах схем включения. На принципиальной схеме, приведенной на рис. 2.2, показано, что каскад ШИМ регулятора имеет трансформаторную связь с усилителем мощности. Это традиционный подход к формированию цепей согласования низковольтного, относительно маломощного, узла управления и силового высоковольтного каскада. Непосредственное подключение выходных транзисторов микросхемы TL494 к трансформатору согласования используется редко. Обычно применяется каскад промежуточного усиления, построенный на транзисторах типа 2SC945, аналогичный представленному на схеме (см. рис. 2.2). Каскад предназначен для усиления по уровню и мощности импульсных сигналов, подаваемых в базовые цепи транзисторов силового каскада через трансформатор Т2, до уровня, достаточного для запуска полумостового усилителя и коммутации транзисторов Q9 и Q10.

В импульсных блоках питания транзисторы 2SC945 или их функциональные аналоги применяются очень широко независимо от фирмы-производителя изделия. Предельные значения основных технических параметров представленных здесь транзисторов следующие:

• максимальная мощность рассеивания – 250 мВт;

• напряжение коллектор-база – 60 В;

• напряжение коллектор-эмиттер – 50 В;

• напряжение эмиттер-база – 5 В;

• ток коллектора – 100 мА;

• ток базы – 20 мА;

• типовое значение коэффициента усиления в схеме с общим эмиттером – 185–200;

• типовая емкость перехода коллектор-база – 3 пФ;

• типовое значение частоты единичного усиления f_т – 250 МГц.

По отечественной классификации они принадлежат к семейству транзисторов высокой частоты и малой мощности.

Согласно схеме на рис. 2.2, выводы IC1/9,10, а соответственно и эмиттеры транзисторов VT1 и VT2 микросхемы TL494, подключены к общему проводу вторичных напряжений. Выводы IC1/8,11 (или коллекторы выходных транзисторов) соединены с проводником питания IC1 через резисторы R13 и R14 соответственно. Такое использование транзисторов соответствует схеме с общим эммитером и предназначено для работы в ключевом режиме. Транзисторы производят инвертирование сигналов, поступающих от элементов DD5 и DD6. Нагрузкой для выходных транзисторов микросхемы является двухтактный каскад на транзисторах Q7 и Q8. Базы транзисторов Q7 и Q8 соединены с коллекторами VT1 и VT2, смещение на них подано через резисторы R32 и R45. На коллекторе транзистора VT1 сформирована импульсная последовательность, показанная на диаграмме 9 (см. рис. 2.8). Вид последовательности на коллекторе VT2 представлен на диаграмме 10.

Транзисторный каскад на Q7 и Q8 с трансформатором Т2 в цепи нагрузки оптимизирован для усиления по мощности импульсных сигналов, поступающих от IC1. Эта особенность использования Q7 и Q8 предъявляет особые требования к выбору структурного построения цепей смещения транзисторов.

Из диаграмм 9 и 10 (см. рис. 2.8), отражающих вид последовательностей импульсов на базах Q7 и Q8, следует, что существуют временные интервалы, когда на базах обоих транзисторов устанавливается высокий потенциал. В эти промежутки оба транзистора открыты. Транзисторы закрываются поочередно. Когда транзистор Q8 закрыт сигналом низкого уровня, поданным от коллектора VT1, транзистор Q7 открыт, и наоборот, в момент закрывания Q7 транзистор Q8 остается открытым.

Эмиттеры транзисторов Q7 и Q8 объединены и через два последовательно соединенных диода D16 и D17 подключены к общему проводу вторичной цепи питания. Параллельно диодам D16 и D17 установлен электролитический конденсатор C20. Благодаря этому на эмиттерах транзисторов Q7 и Q8 уровень напряжения поддерживается постоянным. Значение напряжения на положительной обкладке C20 составляет +1,6 В. В момент поступления закрывающего импульса на базу одного из транзисторов Q7 или Q8, соответствующий транзистор из пары VT1 и VT2 находится в состоянии насыщения. В момент закрывания на базы этих транзисторов воздействует напряжение величиной примерно +0,8 В, следовательно, переход база-эмиттер имеет обратное смещение с напряжением примерно -0,8 В. Создаются условия для быстрого и эффективного закрывания транзистора промежуточного усилителя мощности. Скорость закрывания/открывания транзистора определяет длительность фронта импульса, формируемого в его коллекторной цепи. Для того чтобы во время переключения транзистор находился в активной области короткий промежуток времени, длительности фронта и спада импульса должны быть минимальными, а скорость открывания и закрывания транзистора – максимальной. Вид сигналов, поступающих на базы транзисторов Q7 и Q8, представлен на рис. 2.9.

Рис. 2.9. Диаграмма напряжения на базах транзисторов Q7, Q8

Электропитание транзисторного каскада промежуточного усилителя и микросхемы IC1 осуществляется от общего источника напряжения. В коллекторную цепь каждого из транзисторов Q7 и Q8 питание подается через резистор R44, диод D19 и обмотку трансформатора T2. Диоды, установленные между коллектором и эмиттером транзисторов Q7 и Q8, выполняют защитные функции. Они уменьшают амплитуду паразитных колебаний, возникающих в моменты переключения транзисторов при переходных процессов и обусловленных наличием индуктивной нагрузки (обмотки трансформатора Т2). Диаграмма коллекторного напряжения на транзисторах Q7 и Q8 изображена на рис. 2.10.