4. Приклад розрахунку транзисторного ключа

Вихідні дані:

• Амплітуда імпульса на виході U_{m вих}=8В;

• Тривалість увімкнення і вимкнення транзистора t_ув=t_вим≤1мкс;

• Амплітуда керуючих імпульсів U⁽⁺⁾_{m вх}=U^(-)_{m вх}=3 В;

• Тривалість керуючих імпульсів t⁽⁺⁾_i=t^(-)_i=10 мкс

• Внутрішній опір генератора керуючих імпульсів R_г=510 Ом

4.1 Розрахунок

1. Визначаємо напругу джерела живлення колекторного кола:

E_к=(1,1 : 1,4) U_{m вих};

E_к=(1,1 : 1,4) 8=8,8÷11,2 В; Приймаємо Е_к = 10В

2. Вибираємо джерело зміщення в базовому колі з напругою E_б=2В

3. Вибираємо транзистор, параметри якого повинні задовільняти наступні умови:

а) Максимально-допустима напруга між колектором та емітером

U_{ке доп}≥Е_к=10В;

б) Максимально допустима напруга між колектором та базою

U_{кб доп} ≥ U_{m вх} - (-Е_к) = U⁺_{m вх} + Е_к;

U_{кб доп} ≥ 3 + 10 = 13 В

в) гранична частота

≥ ;

де t_ф – тривалість фронту імпульса пр відкритому транзисторі; t_ф складає частину t_ув (t_вим).

Приймемо t_ф=0,8мкс. Тоді

≥

Із довідника (табл1) вибираємо транзистор КТ315В, для якого U_{КЕ доп}=40В;

U_{КБ доп}=40В; ≥100мГц; [ ≈ (β+1) ƒ_β];

β=h_21E=30÷120; І_{ко мах}=10 мкА; І_{к доп}=100 мА;

С_к=7пф; С_Е=7 пф;

4. Визначаємо опір резистора R_к:

R_к≥ ; R_к≥ =100 Ом; (беріть більший, з запасом! брати більший, ніж наприклад 100 Ом)

Вибираємо із таблиці 2.1 резистор R_к=510 Ом

R_к: С2-33-0,125-510 Ом ± 5%

5. Визначаємо опір резистора R_б:

R_б≤ ; R_б≤ =500кОм

Вибираємо із таблиці 2.1 R_б=100кОм (тут треба взяти менший, згідно умови, менший, ніж наприклад, 500 кОм)

R_б: С2-33-0,125-100кОм ±5%

6. Вибираємо опір резистора R з таким розрахунком, щоби забезпечити неглубоке насичення транзистора (степінь насичення S≈ 2)

При глубокому насиченні збільшується час розсмоктування неосновних носіїв; на границі насичення режим стає нестабільним.

Установлений струм бази I_б повмнен бути в S разів більшим за струм бази I_бн на границі насичення. Нехтуючи вхідним опором транзистора в режимі насичення маємо:

I_б=

Після перетворень отримуємо:

;

Вибираємо із таблиці 2. R=2,2 кОм

R: С2-33-0,125-2,2кОм±5%.

При цьому установлений струм бази в режимі насичення

Струм бази на границі насичення

7. Ємність конденсатора С вибирається з таким розрахунком, щоби час його заряду t₃ 3τ_c перевищував час увімкнення (вимкнення) транзистора. При цій умові під час переклучення струм бази не буде обмежуватися резистором R.

t₃ 3τ_c >t_ув; τ_c=с(R_г||R); звідки

С >

З другої сторони, напруга на конденсаторі повинна встигати встановитися, так транзистор закритий:

t _вст<t_і⁽⁺⁾; t _вст 3τ_вст 3С [R||(R_б+R_г)];

С<

С< ;

Попередній розрахунок дозволив оцінити параметри електричної схеми. Тепер перевіримо чи задовільняє схема з такими елементами поставленим технічним вимогам.

8. Визначаємо амплітуду імпульсу струму бази для відкривання транзистора:

I_б1

де — напруга, яка встановилася на конденсаторі С (резистор R), в такий час коли транзистор закритий.

= =

I_б1

9.Визначимо амплітуду струму бази для закривання транзистора:

Де --- напруга на конденсаторі С (на резисторі R), яка встановлюється в той час, коли транзистор зкритий

10. Визначимо час запізнення, (час розсмоктування t_р) протягом якого транзистор виходить із насичення:

де ≈ _β+ βС_кR_к= ;

Будемо вважати β=75

Тоді =

t₃

11. Визначаємо тривалість фронту закривання, підчас формування якого транзистор працює в активному режимі:

t_{ф зак}

t_{ф зак}

12. Час підготовки (затримки) t_п відкривання транзистора, визначається розрядом ємності емітерного переходу з напруги U_від=0. Приймаючи до уваги, що ємність С протягом t_п представляє короткозамкнутий участок кола, маємо:

t_п

U_зак=

t_п

13. Визначаємо тривалість фронту ввідкривання транзистора, працюючого в активному режимі:

t_{ф від}

t_{ф від}

14. Час увімкнення транзистора

що менше заданого.

15. Час вимкнення транзистора

t_вим=t₃+t_{ф зак} 0,016+0,024 0,040мкс

що менше заданого

Таблиця 2 - Параметри деяких транзисторів.

Параметри	Тип транзистора
	p-n-p КТ3107В	n-p-n КТ3102В	n-p-n ГТ311Ж	n-p-n КТ316Б	n-p-n КТ324Б	p-n-p ГТ328А	n-p-n КТ315В	p-n-p КТ361Е
Постійна напруга колектор-база [B]	30	30	220	10	10	15	40	30
Постійна напруга кол.-ем. [B]	25	30	12	10	10	15	40	30
Зворотній струм колектора [мкА]	0,100	0,05	5	5	10	100	10	25
[мА]	100	100	50	30	20	10	100	50
[мBт]	300	250	150	150	15	50	150	150
:Коеф. передачі струму	70…140	200…500	50…200	40…120	40…120	20…200	30…120	50…350
Гранична частота коеф. передачі [Мгц]	100	100	100	100	100	400	100	100
[пФ]	7	6	2,5	3	2,5	1,5	7	7
[пФ]	2,5		5,0	2,5	2,5	2,5		2,5
[нс]	100	100	0,1	0,15	0,18	0,01	0,1	0,15
[нс]							250