2.2.2. Расчет задающего генератора.

Исходные данные для расчета берутся из двух предшествующих зада­ний:

1) частота вырабатываемых импульсов

(2.64)

2) длительность импульса управления

3) напряжение источника питания U_ИП = (5 ± 5%) В.

В задающем генераторе используются микросхемы К155ЛАЗ [13].

1. Определяем длительность паузы на выходе мультивибратора

(2.65)

2. Определяем величину сопротивления R (R₂) из условия

(2.66)

где R′_вх – входное сопротивление закрытой микросхемы; I_вх(1) – входной ток закрытой микросхемы; U_пор – пороговое напряжение, при котором открывается логический элемент.

Указанные параметры для микросхем серии ТТЛ [13] характеризуются следующими значениями: R'_вх = 3...15 кОм; I_вх(1) = 0,5…1,4 мА; U_nop = 1,5 В. Принимаем R'_вх =10 кОм; I_вх(1) = 0,95 мА; U_пор = 1,5 В.

Необходимо выбирать максимально возможной величину сопротивле­ния резисторов, так как с их ростом уменьшается влияние выходного сопро­тивления микросхем на длительности генерируемых импульсов, уменьша­ется неравномерность их вершин, а также улучшаются условия самовозбуж­дения. Принимаем R₁ = R₂ = 1,8 кОм.

3. Определяем емкости времязадающих конденсаторов С₁ и С₂.

(2.65)

(2.66)

где U'_ср – среднее значение уровня логической единицы на выходе микро­схемы; R'_вых – дифференциальное выходное сопротивление микросхемы.

Для серии К155 и U_ИП = 5 B: U'_ср = 4 B; R'_вых = 0,5 кОм.

3. Транзисторные инверторы напряжения

3.1. Двухтактные инверторы и преобразователи

Внаиболее простой схеме двухтактного инвертора две пер­вичные полуобмотки силового трансформатораТ₁ соединены с коллекторами силовых транзисто­ров VT₁ и VT₂ (рис. 3.1, а).

Силовые транзисторы пооче­редно насыщаются, для чего со вторичных обмоток возбуждаю­щего трансформатора Т₂ на их базы подаются импульсы соотве­т­ству­ющей длительности (рис. 3.1, б-г). Длительность импульсов вы­ход­ного напряжения, снимаемого со вто­ричной обмотки T₁, больше дли­тельности отпирающих им­пульсов на время рассасывания заряда не­основных носителей в базах сило­вых транзисторов t_р (рис. 3.1, д).

Если рассматриваемое уст­ройство входит в инвертор, то к выходной обмотке T₁ подсоединя­ется нагрузка. Если оно является составной частью преобразователя напряжения, то к выходной об­мотке подключается выпря­митель. Так как в электрическом выпрями­теле цепи постоянного и перемен­ного тока связаны между собой с

Рис 3.1. Двухтактный инвертор:

а – схема, б-е – эпюры напряжений

помощью вентилей и цепью пере­менного тока является инвертор, то характер реактивности фильтра вы­прямителя ска­зывается на фор­ме и значении токов коллекторов сило­вых транзисторов. Это обстоятель­ство обязы­вает рассматривать про­цессы в инверторе преобразова­теля совместно с процесса­ми в выпрямителе этого преобразова­теля.

Если выбрать длительность отпираю­щих импульсов напряжения возбу­ждения равными Т/2 - t_р, то на выходе получим переменное напряжение в форме меандра ( рис. 3.1, е). Такое напряжение, будучи пропущено через без­ынерционный выпрямитель, преобразуется в постоянное на­пряжение без дополнительной фильтрации. Реально фронты переменного напряжения на выходной обмотке T₁ имеют конечную крутизну, поэтому на выходе выпрями­теля необходимо включить фильтр, сглаживающий провалы выходного на­пряжения.

Если возбуждать силовые транзисторы напряжением прямоугольной формы без нулевых пауз (рис.3.1, е), то на вре­мя рассасывания заряда не­основных носителей оба транзистора в схеме (рис. 3.1, а) окажутся откры­тыми, что равносильно кратковременному короткому замыканию обмоток си­лового трансформатора. Для того чтобы предотвратить неприятные по­след­ствия этих кратковременных замыканий, возникающих в конце каждого по­лупериода, в схеме инвертора необходимо предусмотреть ряд дополнитель­ных элементов.

Когда инвертор работает на нагрузку, имеющую активно-индуктивный характер, моменты изменения полярности тока нагрузки запаздывают отно­сительно моментов изменения полярности выходного напряжения, а также моментов переключения силовых транзисторов. Это приводит к прохож­де­нию тока в начальной части каждого полупериода через силовой транзи­стор в обратном направлении, т. е. образованию обратного тока. Обратный им­пульс тока через транзистор возникает потому, что не сменивший свое на­правление ток нагрузки трансформируется в другую первичную полуоб­мотку трансформатора и силовой транзистор.

Коэффициент усиления тока транзистором, работающий в инверсном режиме, мал. При данном токе коллектора транзистор может выйти из со­стояния насыщения, что приведет к дополнительным потерям мощности в силовой цепи и перегреву транзисторов.

Для снижения обратного тока, проходящего через силовой транзи­стор, в схему инвертора параллельно силовым транзисторам включают шун­ти­рующие диоды VD1 и VD2 (рис. 3.1, а). Такие диоды необходимы при любом виде нагрузки, если возможна работа инвертора на холостом ходу. При этом ток намагничивания трансформатора T₁ в течение части полупе­риода проходит через открывшийся транзистор в инверсном направлении, так как он является индуктивным током. Иногда в отсутствие шунтирую­щих диодов такой ток намагничивания может вызвать выход из строя си­ло­вых транзисторов.