Задача 3

На рис.3.1 представлена схема бесконтактного полупроводникового реле, выполненного в виде двухкаскадного усилителя. Заданными являются напряжение и ток в нагрузке для состояния «включено».

Требуется:

1) дать подробное описание работы усилителя в ключевом режиме;

2) обосновать приведенные соотношения;

3) рассчитать напряжение источника , сопротивления и , выбрать тип используемых транзисторов VT1, VT2 и диода VD.

Рис.3.1.

Исходные данные: , .

Решение

1) На рис.3.1 приведена схема двух каскадного усилительного ключа реализованного на транзисторах n-p-n структуры. В ключе использована непосредственная связь между каскадами. Когда на вход транзистора VT1 поступает отпирающее напряжение транзистор открывается и переходит в состояние насыщения. Напряжение на коллекторе транзистора относительно эмиттера (или заземленного провода) становится равным порядка +0.5-1В. Данное напряжение поступает на базу транзистора VT2. В каскаде транзистора VT2 реализована схема автоматического смещения напряжения эмиттера на диоде VD1 и дополнительном резисторе . Данная схема создает положительное напряжение смещения эмиттера порядка +0.7В, при использовании кремневых полупроводниковых диодов. В результате подачи напряжения +0.5В на базу транзистора VT2 транзистор переходит в состояние отсечки и закрывается, ток через резистор не течет.

При отсутствии положительного напряжения на базе транзистора VT1 транзистор VT1 закрыт, а на базу транзистора VT2 поступает открывающее положительное напряжение через резистор .

2) Напряжение источника питания должно быть больше напряжения насыщения транзистора VT2 плюс напряжение диода VD1 в проводящем состоянии. Ориентировочно можно принять для напряжения насыщения транзистора , а для проводящего напряжения диода .

Для выбора транзистора VT2 необходимо рассчитать допустимые значения тока через коллектор и напряжения на коллекторе . Для этого вначале определяются максимальные, значения коллекторного тока и напряжения . Затем с учетом надежной работы принимают, чтобы

; .

По справочнику выбирают транзистор VТ2.

Для выбора входного транзистора VТ1 рассчитывают максимальный ток:

; ;

где - коэффициент усиления транзистора (можно принять равным 30);

- коэффициент насыщения, выбираемый обычно равным 2.

Сопротивление смещения выбирается из условия, чтобы ток через диод VD в режиме отсечки транзистора VТ2 создавал напряжение на диоде:

; .

Диод выбирается из условия, чтобы максимальный ток протекающий через него в режиме насыщения транзистора VТ2, не превышал допустимого значения тока , т. е.

,

где .

Максимальное напряжение на диоде должно быть меньше допустимого напряжения на диоде : .

3) Проводим расчеты.

Задаемся напряжением источника питания:

.

Выбираем напряжение равным . Максимальное занчение коллекторного тока транзистора VТ2 положим равным:

.

Определяем параметры транзистора VT2:

; .

По справочной литературе выбираем транзистор n-p-n структуры. Выбрали КТ940А со следующими техническими характеристиками:

– максимальный постоянный ток коллектора ;

– максимальный ток коллектора в импульсе ;

– максимальное напряжение коллекторного перехода ;

– максимальная средняя мощность на коллекторе ;

– предельная частота коэффициента передачи тока ;

– статический коэффициент передачи тока ;

– напряжение насыщения .

Для выбора входного транзистора VТ1 рассчитывают максимальный ток:

;

;

здесь - падение напряжения на диоде в проводящем напрявлении.

Из стандартного резистивного ряда выбираем .

Определяем параметры транзистора VT1:

; .

По справочной литературе выбираем транзистор n-p-n структуры. Выбрали КТ315И со следующими техническими характеристиками:

– максимальный постоянный ток коллектора ;

– максимальное напряжение коллекторного перехода ;

– максимальная средняя мощность на коллекторе ;

– предельная частота коэффициента передачи тока ;

– статический коэффициент передачи тока .

Сопротивление отсечки выбираем из условия, что через него будет течь ток равный 5мА:

.

Из стандартного резистивного ряда выбираем .

Находим максимальный ток через диод:

.

В качестве диода выберем кремневый динод Д226Е, со следующими характеристиками:

- прямое напряжение ;

- максимальное обратное напряжение ;

- максимальный постоянный прямой ток .