4.1. Статический расчет транзисторного ключа.

Максимальный ток коллектора выходного транзистора VT1 определяется максимальным током двигателя

I_{к1 max} = I _о.у = 0,15 А.

Максимальное напряжение на запертом транзисторе для инвертора мостового типа равно напряжению питания инвертора

U_эк1max = U_п =36 В.

Выбираем транзистор типа КТ389В (n- p- n), имеющий следующие параметры:

I _{к max} = 0,25 А, U _{эк1 max} = 40 В, U_{бэ1нас.max} = 1,5 B, h _{21э max} =150, h_{21э min} = 20, P_{k max} = 0,3 Вт.

С целью повышения надежности ключа и обеспечения пассивного запирания выходного транзистора даже при исчезновении напряжения питания запирающего источника включаем параллельно переходу база – эмиттер резистор R1= 10 ОМ.

Выберем резистор: МОН-0,5 10 Ом 5%

При больших коэффициентах форсировки скважность отпирающих импульсов, поступающих на ключ, мала, и максимальное значение среднего тока, протекающего через обратный диод VD1, равно току фазы

I_{ср max} =I _{ф. max} = 0,15 А.

Максимальное обратное напряжение питания инвертора

U _{обр max} = U _п =36 В.

В качестве обратного диода выбираем высокочастотный диод типа Д7Б с малым временем восстановления обратного сопротивления t_вос. = 0,5 мкс и следующими предельно допустимыми параметрами

U _{обр max} =40 В, I_{ср max}= 250 мА.

С учетом максимального напряжения насыщения база – эмиттер транзистора VT1 U бэ нас = 1,2 В. Определим максимальный ток коллектора транзистора VT2 в режиме насыщения

А.

Максимальное напряжение на запертом транзисторе VT2 равно напряжению питания инвертора U _{КЭ2 max} =36 В. В целях унификации типов силовых транзисторов в качестве VT2 выбираем транзистор КТ 389В.

Сопротивление резиcтора R2 примем равным 10 Ом.

Возьмём резистор типа: МОН-0,5 10 Ом 5%

Определим ток, протекающий в резисторе R3, необходимый для отпирания составного транзистора :

А.

где К_нас – коэффициент насыщения, принятый равным 1,5.

Напряжение отпирающего источника U_п1 определим следующим образом. При включении оптрона транзисторы VT6 и VT5 из состояния отсечки переходят в активный режим работы, а напряжение U_эк5 составляет несколько вольт (насыщение VT6 и VT5 недопустимо по условию получения максимального быстродействия фото - усилителя). При этом напряжение на выходе эмиттерного повторителя на транзисторах VT3 и VT4 U_эп=U_п1-U_эк5–U_бэ3 должно превышать U_{бэ1 нас} + U_{бэ2 нас} на величину достаточную для создания в сопротивлении R3 требуемого тока. Таким образом, U_п1 должно быть больше U_{бэ1 нас} + U_{бэ2 нас} + U_эк5 + U_бэ3 = 1,5+1,5+3+1= 7 В.

Примем для унификации источников питания U_п1=12 В, U_п2= -12 В – напряжение запирающего источника. Транзистор VT3 выбираем по максимальному току коллектора и максимальному обратному напряжению

I_{к3 max}=I_R3=0,15 А; U_{к3 max} = 2 U_п1 =24 В.

Транзистор КТ 815 В имеет следующие предельные параметры:

I_{к max}=1,5 А; U_{кэ max} = 20 В; h_{21э min} = 35.

Зная ток эмиттера VT3 при отпирании составного транзисторного, определим ток базы и падение напряжение на переход база – эмиттер.

мA; U_бэ3 = 0,9 В.

Задавая U_эк5 = 3 В, определим сопротивление резистора R3, необходимое для отпирания составного транзистора:

Ом.

Примем R3 =35 Ом.

Возьмём резистор С2-30Н-0,5-35 Ом ±2%

Определим ток базы транзистора VT1, необходимый для его запирания, задавая коэффициент запирания равным 1:

мА

Этот ток складывается из тока активного и пассивного запирания:

Выбираем в качестве диода VD2 диод КД419Г, имеющий следующие предельно допустимые параметры:

I_{ср. max} = 12 мА, I_{имп. max} =50 мА, U_обр.max=15 В и прямое падение напряжения U_д2 , не превышающее 1 В, найдем

В.

Транзистор VT4 выбираем по максимальному току коллектора и максимальному обратному напряжению

мА

В.

Транзистор КТ 203Б имеет следующие предельные параметры:

I_{к. max} = 10 мА, U_{кэ4 max} = 30 В; h_{21э min} = 15, U_{бэ4 max} = 0,82 В.

При запирании ключа VT4 переходит в активный режим его ток базы равен

мА.

Пи этом U_эб4 = 0,82 В, а падение напряжения на сопротивлении R4 равно

U_R4 = U_{эп зап} - U_эб4 – U_П2 = -1,002 – 0,82+12=10,178 В.

Считая VT1, VT2 и VT3 запертыми и пренебрегая обратными токами коллекторов этих транзисторов, определим

Ом.

Примем R4 =636 Ом.

Подходит резистор МЛТ-0,125-62 кОм ±5%

Сопротивление R7 рассчитывается из условия получения заданного прямого тока светодиода I_пр.сд. = 20 мА.

Ом,

где U₀ – напряжение логического нуля микросхемы, управляющей ключом; U_пр.сд. – прямое падение напряжения на светодиоде.

Примем R7 = 180 Ом.

Выберем резистор МЛТ-0,125-180 Ом±5%

С учетом коэффициента передачи тока для оптрона АОД101А, равный К_I=1%, получим ток фотодиода:

I_ф.д.=I_Б6= К_I* I_пр.сд. =0,01·20=0,2 мА.

В качестве транзисторов VT5 и VT6 фотоусилителя выберем высокочастотные транзисторы типа КТ203Б со следующими параметрами:

I_{к. max} = 10 мА, U_{кэ max} = 30 В; h_{21э min} = 15.

Определим токи коллектора и эмиттера VT6 при включении ключа:

I_{к. в.}= h_{21э6 min*} I_Б6= 15·0,2= 3 мА.

I_{э. в.}= (h_{21э6 min}+1) I_Б6= (15+1)0,2= 3,2 мА.

Ток базы транзистора VT3:

мА.

Ток, протекающий через сопротивление R4:

мА.

Ток коллектора транзистора VT5:

I_к5 = I_Б3+ I_R4 - I_к3= 0,065 +0,33 – 0,12= 275 мкА.

Ток базы транзистора VT5 о соответствующее ему падение напряжения на переходе база – эмиттер:

мкА, U_ЭБ5 = 0,82 В;

Ом

Примем R6 = 270 Ом.

Резистор: МЛТ-0,125-270 Ом ±10%

Напряжение, приложенное к переходу эмиттер – коллектор VT6 и резистору R5:

U_эк6 + U_R5 =U_эк5 - U_эб5 =3-0,82=2,18 В.

Для нормальной работы VT6 в режиме усиления U_эк6 должно бать не менее 1,5 В, следовательно, U_R5 =2,18 – 1,5 =0,68 В. Зная ток, I_R5 = I_к.в., определяем сопротивление резистора:

Ом.

Примем R5 = 240 Ом.

Резистор типа МЛТ-0,125-240 Ом ± 10%