1.7. Выбор биполярного транзистора для пу
Для реализации ПУ выберем широко распространенный транзистор BC547A.
Электрические параметры
Таблица 5
Обратный ток коллектора |
Не более 5 мкА при T = 150º C |
Статический коэффициент передачи тока h21 |
110 - 220 |
Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (Iк = 10мА) |
Не более 0,25 В |
Напряжение насыщения база-эмиттер (Iк = 10мА) |
Не более 0,7 В |
Граничная частота коэффициента передачи тока |
100 МГц |
Максимальное напряжение коллектор-эмиттер |
50 В |
Предельные температуры окружающей среды |
-65…+1500С |
Данный транзистор выбран, т.к. его параметры удовлетворяют заданным параметрам ПУ, сам прибор очень широко распространённый и дешевый.
1.8. Расчёт схемы преобразователя уровней в заданном температурном диапазоне и выбор номиналов резисторов.
Выбор номинала резистора Rк.
Напряжение питания преобразователя уровней выбрано равным напряжению питания логического элемента К561(КМОП): E = 10В ±5%.
Е min = 10В – 10В * 0.05 = 9.5В – минимальное напряжение при допуске 5%.
Е max = 10В + 10В * 0.05 = 10.5В – максимальное напряжение при допуске 5%.
Если Uвх = Uвых0ТТЛ = 0.4В, то транзистор находится в отсечке, т.к. Uвх < Uбэ нас = 0.7В, и на выходе преобразователя уровней установится уровень логической единицы КМОП, близкий к напряжению E:
Uвых = Uвых1КМОП ≈ 10В.
Величина коллекторной нагрузки транзистора преобразователя уровней Rk выбирается по ряду критериев.
Первое ограничение:
и
–
максимальные
значения входного тока КМОП элемента
и обратного тока коллектора при
максимальной температуре
.
Это очень большая величина, и она не имеет практического значения, т.к. реальные сопротивления нагрузки транзистора в ключевом режиме для обеспечения его режима насыщения в открытом состоянии и относительно малых времен нарастания и спада намного ниже.
Для
того, чтобы обеспечить достаточно
быстрое включение и выключение
транзистора, т.е. минимальные времена
задержки и длительности фронтов на
выходе транзисторного ПУ, необходимо
выбрать величину резистора
такой, чтобы выполнялось условие:
Rк < tф/ (2.2 * Cн)
Где tф – длительность фронта сигнала на выходе ПУ, Cн – ёмкость, нагружающая ПУ (сумма входных ёмкостей ЛЭ и ёмкости монтажа).
Rк < 50нс / (2.2 * (50пф + 15пф)) = 350 Ом
Выбираем ближайший типовой номинал ряда Е24 в сторону уменьшения: 330 Ом. При таком значении коллекторной нагрузки, ток коллектора транзистора при лог. 0 на выходе ПУ составит
Iк = (E- Uкэ нас)/Rк = (10В – 0.25В)/330 ом ≈ 29.5 мА
А мощность, рассеиваемая на резисторе составит
P = (E- Uкэ нас)* Iк = (10В – 0.25В)*0.0295А ≈ 0.28 Вт
Выбираем стандартный тип резисторов MF0207 производства Vishay мощностью рассеяния 0.6 Вт (в габарите отечественных резисторов МЛТ-0.25)
Выбор
номинала резистора
.
Если Uвх = Uлог.1ттлш = 2.4В, то биполярный транзистор VT должен войти в режим насыщения. Ток коллектора (из предыдущего расчета) при открытом транзисторе в режиме насыщения составляет 29.5мА. Соответственно, ток базы должен быть не менее
Iб >= Iк/h21эмин = 29.5мА/110 ≈ 0.27мА
В то же время этот ток должен быть меньше максимального тока выхода ЛЭ ТТЛШ в состоянии лог.1 (данное условие выполняется, 0.27 <0.4) и в этом случае, резистор Rб рассчитывается по формуле:
Rб = (Uлог.1ттлш – Uбэ нас)/Iб = (2.4В – 0.7В)/0.27мА ≈ 6.3кОм
Для обеспечения гарантированного режима насыщения транзистора выберем резистор, позволяющий получить коэффициент насыщения транзистора S = Iб/Iбнас больше 1 (в пределах 1.2…2). Приняв S = 1.3, соответствующий ток базы составит 0.35мА (что меньше максимально допустимого выходного тока лог. 1 ТТЛШ элемента), получим величину Rб около 4.8кОм, соответственно применяем резистор номиналом 4.7кОм (стандартный номинал ряда Е24). Мощность рассеяния на Rб составит
Pб = (Uлог.1ттлш – Uбэ нас)*Iб ≈ 0.6 мВт
Тип резистора можно выбрать аналогичным резистору коллекторной нагрузки, т.е. MF0207.