Двотактний транзисторний інвертор

Двотактний транзисторний інвертор, що містить два біполярних транзистори протилежної Пропонований винахід відноситься до області енергетики і може бути використаний в засобах вторинного електроживлення радіоелектронної апаратури Відомий автогенераторний двотактний транзисторний інвертор (див , наприклад, Бас А А и др Источники вторичного электропитания с бестрансформаторным входом / А А Бас, В П Миловзоров, А К Мусолин -М Радио и связь, 1987 160 с ,стр 89, рис 5 1,6), виконаний на двох біполярних ii-p-n транзисторах, емітери яких з'єднані разом і з загальною шиною, він містить також насичений трансформатор з чотирма обмотками (вихідна обмотка на малюнку не показана), одна з яких виконана із середньою точкою, до якої підключена шина живлення і через резистор зсуву, з'єднана з обмотками базових ланцюгів транзисторів, початок і кінець обмотки із середньою точкою з'єднані з ВІДПОВІДНИМИ колекторами транзисторів Недоліками цього інвертора є великі втрати в ланцюзі зсуву, а також у ланцюгах і елементах насиченого трансформатора, унаслідок чого такий інвертор має не високі ККД і надійність Відомий також високочастотний двотактний транзисторний інвертор із самозбудженням і ненасиченим силовим трансформатором [див , наприклад, Высокочастотные транзисторные преобразователи /Э М Ромаш, Ю И Драбович, Н Н структури, емітери яких з єднані з загальною шиною, а також трансформатор з трьома обмотками, перша з яких з середньою точкою, який відрізняється тим, що всі обмотки трансформатора виконані з однаковою КІЛЬКІСТЮ ВИТКІВ ОДНО ТИПНОГО моткового проводу, а транзистори являють собою комплементарну пару, причому колектори транзисторів з'єднані з початком першої обмотки з середньою точкою і другої обмотки, КІНЦІ яких підключені до баз транзисторів ВІДПОВІДНО, шина живлення підключена до середньої точки першої обмотки, а третя обмотка трансформатора є виходом Юрченко и др - М Радио и связь, 1988-288с , стр 105, рис 4 12], у якому замість використання додаткових нелінійних елементів використовується допоміжна обмотка силового трансформатора, що забезпечує перезарядження конденсатора через додатковий резистор і цим самим стимулююча початок регенеративного процесу переключення транзисторів до моменту насичення силового трансформатора Крім того він містить два біполярних п-р-п транзистори, емітери яких з'єднані разом і з загальною шиною, а також трансформатор з п'ятьма обмотками, одна з яких виконана із середньою точкою, до якої підключена шина живлення, КІНЦІ цієї обмотки з'єднані з колекторами ВІДПОВІДНИХ транзисторів, базові обмотки через послідовно з'єднані резистори і діоди з'єднані з загальною шиною До недоліків даного пристрою відносяться складність через велику КІЛЬКІСТЬ додаткових елементів, а також втрати в ланцюгах додаткової обмотки трансформатора і зсуву Усе це не дозволяє отримати досить високі ККД і надійність інвертора Найбільш близьким до пропонованого технічним рішенням, вибраним як прототип, є двотактний транзисторний інвертор (див , наприклад, Бас А А и др , Источники вторичного электропитания с бестрансформаторным входом / А А Бас, В П Миловзоров, А К Мусолин - ML Радио и связь, ю 00 48775 1987 -160c , стр 78, рис 3 9, а)), у якому для виключення несиметрм перемагнічування трансформатора, використовується спеціальна схема підсумовування часу закривання транзисторів у суміжні напівперюди, основу якої складають два біполярних n-p-п і p-n-р транзистори, емітери яких з'єднані разом і з загальною шиною, а колектори через обмотки першого трансформатора підключені до полюсів двополярного джерела живлення ВІДПОВІДНО, а в ланцюг обмотки зворотного зв'язку другого трансформатора включені послідовно з'єднані комутуючий дросель і резистор, напруга на якому вибирається більше напруги пробою стабілітрона, включеного на вході першого пристрою, а з резистором він з'єднаний через конденсатор Стабілітрон пробивається і конденсатор починає перезаряджатися У момент рівності нулю напруги на конденсаторі граничний пристрій перекидається, переключаючи транзистори, що приводить до зміни знака напруги, що надходить з першого трансформатора на вхід силових транзисторів двотактного конвертора з трансформаторним виходом Обидва трансформатори мають також обмотки із середньою точкою Недоліками пристрою є велика складність, необхідність використання додаткового двополярного джерела живлення, а отже, велика споживана потужність і втрати в додаткових обмотках і елементах схеми Тому ККД і надійність не можуть бути досить високими В основу винаходу поставлена задача створення такого двотактного транзисторного інвертора, який за рахунок введення нових зв'язків мав би підвищений ККД перетворення і крім того, був би простіше в конструктивній реалізації, а значить мав би більш високу надійність Поставлена задача вирішується тим, що в двотактному транзисторному інверторі, що містить два біполярних n-p-п і p-n-р транзистори, емітери яких з'єднані разом і з загальною шиною, а також трансформатор із трьома обмотками, перша з яких із середньою точкою, ВІДПОВІДНО до винаходу всі обмотки трансформатора виконані з однаковою КІЛЬКІСТЮ витків однотипного моткового проводу, а транзистори являють собою комплементарну пару, причому колектори транзисторів з'єднані з початками першої обмотки із середньою точкою і другої обмотки, КІНЦІ яких підключені до баз транзисторів ВІДПОВІДНО, шина живлення підключена до середньої точки першої обмотки, а третя обмотка трансформатора служить виходом Відомо (ДИВ , наприклад, Апаров А Б , Еременко В Г , Негневицкий И Б Транзисторные преобразователи для низковольтных источников энергии - М Энергия, 1978-95с), що і в даний час не вичерпані всі можливості підвищення ККД інверторів Існують, принаймні, три шляхи зниження втрат Рспож джерела живлення використання ключових елементів з низьковольтними тунельними ефектами, підвищення робочої частоти fpo6 вихідних коливань ДО РОЗУМНИХ М Ж (ВИбір fpo6 - fon-г), Є більш повне використання елементів, що запасають енергію магнітного Н и електричного Е полів Найбільші можливості представляють транзи сторні структури з відомими, але мало застосовуваними низьковольтними ефектами Максимчука Створені і випробувані ним транзисторні перетворювачі напруг * Е живлення (1В (десятки сотні МІЛІВОЛЬТІВ) ДОЗВОЛЯЮТЬ одержати авто коливання різної форми імпульсні частотою від 1 до ЗОкгц і гармонійні від 0,1 до ЮОМгц (див, наприклад, Максимчук Е П Генераторы с низким напряжением источников питания / В кн Приборы и техника эксперимента, АН СССР М №4, 1980г) ФІЗИЧНІ ОСНОВИ роботи таких схем у часи життя винахідника Максимчука не були зрозумілі до кінця і не пояснені теоретично Однак було ясно, що мова повинна йти про абсолютно новий принцип роботи, тому що звичайні транзисторні структури не можуть активно функціонувати при таких низьких напругах Наприклад, біполярний транзистор при UK-Э < ІІк-б входить у режим насичення, де активність неможлива Сучасний розвиток фізики і мікроелектроніки дозволяють припустити, що генерування коливань при низьковольтних транзисторних ефектах виникають за рахунок тунелювання електронів і дірок крізь потенційні бар'єри на переходах, тобто за рахунок хвильових властивостей мікрочастинок Відомо, що це з великим ступенем імовірності можливо при сумірності довжини хвилі де-Бройля (Я,Б) С шириною потенційного бар'єра у виді, наприклад, р-n або n-р переходів (dn) Якщо коливання в такій системі з транзисторами будь-якого типу виникають і виявляють усталеність, то це означає, що створено інвертор одноактного типу Подальшим кроком удосконалювання є використання в схемах енергії магнітного поля в обмотках трансформаторів при переключеннях, яка проявляється у вигляді ЕРС самоіндукції (проти-ЕРС) di dt (2) Це дозволяє перетворити однотактну схему в двотактний інвертор, що не вимагає додаткового джерела живлення, а використовує корисно запасену енергію магнітного поля Для цього досить додати в схему ще один транзистор із протилежною структурою (n-p-п замість p-n-р або п-канал замість р- каналу) і зробити ВІДПОВІДНІ підключення до додаткової обмотки трансформатора Якщо ІНШІ параметри транзисторів ідентичні, тобто вони представляють комплементарну пару, а обмотки трансформатора виконані однотипним мотковим проводом з однаковою КІЛЬКІСТЮ ВИТКІВ, то новий двотактний транзисторний інвертор буде виробляти коливання тієї ж форми й амплітуди , але подвоєної частоти при менших витратах енергії джерела живлення Принципова електрична схема пропонованого двотактного транзисторного інвертора, приведена на фігурі Він МІСТИТЬ два біполярних n-p-п і р-п-р транзистори 1, 2 і один трансформатор 3 із трьома обмотками 4, 5, 6 При цьому емітери транзисторів 1 і 2 з'єднані з загальною шиною (перша обмотка 4 трансформатора 3 виконана із середньою точкою), а всі обмотки трансформатора 3 виконані з одна 48775 ковою КІЛЬКІСТЮ витків однотипного моткового проводу Транзистори 1, 2 являють собою комплементарну пару, причому їхні колектори з'єднані з початками першої обмотки із середньою точкою 4і другої обмотки 5, КІНЦІ яких підключені до баз транзисторів ВІДПОВІДНО, шина живлення підключена до середньої точки першої обмотки 4, а третя обмотка 6 трансформатора 3 служить виходом Такий пристрій було практично реалізовано і перевірено експериментальне Як показали результати експериментів, при ретельному виконанні схеми інвертора, вдається підвищити ККД на 20%, при цьому він становить величину 0,95 Таким чином, запропонований пристрій відрізняється від пристрою прототипу, може бути реалізований і дозволяє одержати корисний ефект, який поставлений в задачі на винахід ФІГ ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71