Расчёт транзисторного ключа

Расчёт транзисторного ключа.

 

Исходные данные для расчёта

 

          Произвести  расчёт транзисторного ключа (см. рис.1) по следующим исходным данным: амплитуда импульса на выходе ключа = 7 В; длительность включения и выключения транзистора = ≤ 1,1 мкс; амплитуда переключающих импульсов: = = 3 В;  длительность переключающих                            импульсов = = 20 мкс; внутреннее сопротивление генератора переключающих импульсов = 400 Ом;

 

 

Рис. 1. Схема транзисторного ключа с ускоряющей ёмкостью с временными диаграммами входных сигналов

Расчет.

1) Определяем напряжение источника питания коллекторной цепи:  =(1,1÷1,4) = (1,1÷1,4) 7= (7,7÷9,8) В.

           Примем   = 9 В.

2) Выберем дополнительный источник смещения в базовой цепи транзисторного ключа напряжением = 2,1 В.

3) Выберем транзистор, параметры которого должны отвечать следующим требованиям:

     а) максимально допустимое  напряжение на коллекторе ≥ = 11 В;

      б) максимально допустимое  напряжение между коллектором

и базой не должно быть меньше напряжения на коллекторно-базовом переходе при воздействии на базу положительного запирающего импульса

  ≥ – (– ) = + ; ≥ 3 +11 =14 В;

        в) граничная  частота   ≥ ;

где: - длительность формируемого при отпёртом транзисторе фронта импульса и составляет часть ( ).

      Примем  = 1 мкс. Тогда

  ≥ (Гц) = 318 кГц.

    Данным требованиям отвечает  германиевый транзистор типа МП-42, у которого

= 15,0 В;   = 15,0 В;   = 1,0 МГц;

= (20÷35); обратный ток коллектора при  температуре окружающей среды С   = 25,0 мкА; = 150 мкА;

значения барьерных ёмкостей коллекторного и эмиттерного переходов: 

= 30,0 пФ; = 60,0 пФ.

4) Определяем величину сопротивления резистора :

        ≥ ;        ≥ Ом.

   Выберем по ГОСТу  Ом.

5) Определяем величину сопротивления резистора :

         ≤ ;

где: = ; и при температуре окружающей среды равной -  = = = (А) = 0,1 мА;

        ≤ = (кОм).

      Выбираем по ГОСТу  = 15 кОм.

6) Определяем сопротивление резистора  с таким расчётом, чтобы обеспечить неглубокое насыщение транзисторного ключа (степень насыщения ); где:

        ; следовательно     

       = (мА)

      Пренебрегая входным  сопротивлением транзисторного  ключа в режиме насыщения, имеем:

       = .

     Отсюда после несложных преобразований:

Ом 

    (кОм)            

          Выберем по ГОСТу R = 1,5 кОм.

      а)  при этом установившийся (стационарный) ток базы в режиме насыщения:

    = мА

       б)   ток базы на границе насыщения транзисторного ключа

(мА)

7) Определение величины «ускоряющей ёмкости» С

       а)   ёмкость конденсатора С выбирается с таким расчётом, чтобы время его заряда превышало время включения (выключёния) транзистора. При этом условии во время переключения ток базы не будет ограничиваться резистором R

                    > ;

             Откуда    

> пФ

            б)  с другой стороны, напряжение  на конденсаторе должно успевать  устанавливаться, пока транзистор заперт

          <       ;

  С  <  пФ

       Выбираем по  ГОСТу  С = 5100 пФ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверка транзисторного ключа на соответствие техническим                 требованиям.

 

        Предыдущий  расчёт позволил лишь оценить  параметры элементов схемы; связь их с заданными длительностями включения и выключения транзистора слишком сложна для относительно точного определения. Поэтому следует проверить, удовлетворяет ли схема с такими элементами техническим условиям.

1) Определим амплитуду отпирающего скачка тока в базе:       ; где – напряжение, которое устанавливается на конденсаторе С (на резисторе R ), в момент времени когда транзистор заперт

(В)

мА.

2) Определим амплитуду запирающего скачка тока в базе:

;

где   - напряжение на конденсаторе (на резисторе R) установилось в то время, когда транзистор был открыт

(В)

= мА.

3) Определим время выключения транзистора

= = + ;  где:  - время перехода транзистора из режима насыщения до границы активного режима (время рассасывания избыточных неосновных носителей заряда в области базы);

- время  формирования заднего фронта  импульса (время перехода активной области и запирания транзисторного ключа).

       а)   время  рассасывания (время запаздывания, в течение которого транзистор выходит из насыщения)

2,3 lg ;

где:   ;  

= (мкс)

(мкс)   

  (мкс)

  2,3 lg =

   б)   время формирования заднего фронта (длительность фронта запирания, во время формирования которого транзистор работает в активном режиме:

  2,3 lq  ( (мкс)

    в) - время выключения транзисторного ключа

= = + = ( 0,12+0,28) =0,4 мкс отвечает техническим требованиям по расчёту транзисторного ключа.

4) Время включения транзисторного ключа

= = + ;  где:  -время задержки формирования фронта импульса;

- длительность  фронта отпирания транзисторного  ключа ( время отпирания транзистора и перехода в режим насыщения).

 а) время задержки отпирания транзистора обусловлена

в основном разрядом ёмкости эмиттерного перехода с напряжения , которым был заперт транзистор, до напряжения отпирания = 0. принимая во внимание, что ёмкость во время представляет короткозамкнутый участок цепи, имеем:

;

(В)

мкс

    б)  фронт отпирания транзисторного ключа, работающего в это время в активном режиме

     мкс

    в) время включения транзистора

     = = + = 0,03 + 0,73 = 0,76 мкс отвечает техническим требованиям по расчёту транзисторного ключа.