Ом – сопротивление перехода коллектор-эммитер в режиме насыщения для маломощных транзисторов

20 Ом – сопротивление перехода коллектор-эммитер в режиме насыщения для маломощных транзисторов.

Найдем основные параметры транзистора VT3. Максимальная потребляемая мощность:

P_VT3 = Iкэ_VT3²*R3 = 141 мВт.

Выбираем транзистор с мощностью порядка 200 мВт. Максимальное падение коллектор-эммитер – порядка 15..17 В.

По условию задания, запуск таймера происходит от ТТЛ-микросхемы.

Целесообразно выбрать напряжение его питания порядка 5 В, а также сделать выходное напряжение единицы порядка 2.4 – 3.0 В. (приблизить выходные значения ко входным). Чтобы ввести транзистор VT1 в состояние насыщения, достаточно на его базу подать ток, при котором он уже не сможет работать в активном режиме, пропуская ток коллектора в b_I раз больший. Для значения коэффициента усиления порядка 200..250 нам достаточен ток в 0.3-0.4 мА. По этим соображениям подбираем номинал резистора R4:

R4 = 6..7 кОм;

На выходе таймера нам потребуется инвертор, поскольку схема запускается по низкому уровню сигнала. Целесообразно для этой цели также использовать ТТЛ-микросхему (U¹_min = 2.4 В, I¹_max = 0.4 мА)

Теперь рассмотрим устройство и схему подключения таймера 555:

2.2. Эскизный расчет схемы с таймером

Чтобы сформировать требуемую длительность импульса, следует подобрать параметры Rt и Ct в схеме с таймером (см. рис. 1.1). В момент запуска таймера триггер переходит в состояние логической единицы. В результате чего, транзистор начинает работать в режиме отсечки, его переход коллектор-эммитер повышается до нескольких мОм. Считаем, что у нас в этом месте разрыв и рассматриваем простую RC-цепь, конденсатор которой должен зарядиться до напряжения 2/3*E_п2.

Выведем соотношения для этого случая:

Uct = E_п2*(1-exp(t/RtCt));

Uct = 2/3 E_п2; (т.к. при большем напряжении включается компаратор)

2/3 = (1-exp(t/RtCt));

t = ln3 * RtCt » 1.1*RtCt;

Возьмем Rt » 1.5 кОм (на два порядка больше чем сопротивление коллектор-эммитер маломощного транзистора в режиме насыщения.) Тогда для t = 10 мс значение емкости конденсатора будет:

Ct = 10^-2/(1.1 * 1500) » 6 мкф;

Для запуска схемы от ТТЛ-микросхем, следует взять E_п2 = 5В. В этом случае делитель напряжения, состоящий из трех равных по величине резисторов R5 (обычно несколько кОм для типовых микросхем таймеров 555) обеспечит пороговый уровень срабатывания схемы 5/3 В. Предельные напряжения единицы (2.4В) и нуля (0.4В) для серий ТТЛ допускают такую работу.

Временная диаграмма работы таймера в этом случае будет выглядеть следующим образом.:

3. Выбор элементов и компонентов схемы

 

·  Операционный усилитель: К140УД9

Напряжение питания	±5..±15 В
Напряжение смещения, Uсм	5 мВ
Входной ток, Iвх	350 нА
Частота единичного усиления, fпр(f1)	1 МГц
Vuвых	0.2 В/мкс
Коэффициент усиления	68 Дб
Потребляемая мощность	240 мВт

·  Транзистор VT1: A747C

Материал	Si
Максимальный ток коллектора	100 мА
Максимальное напряжение коллектор-эммитер в режиме отсечки	50 В
Мощность транзистора	220 мВт
Коэффициент передачи по току	600

·  Транзистор VT2: 2SD1373

Материал	Si
Максимальный ток коллектора	3 А
Максимальное напряжение коллектор-эммитер в режиме отсечки	300 В
Максимальное напряжение перехода коллектор-база, смещенного в обратном направлении	300 В
Мощность транзистора	2.5 Вт
Коэффициент передачи по току	200

·  Транзистор VT3: 2SC3991N

Материал	Si
Максимальный ток коллектора	50 А
Максимальный ток коллектора в импульсном режиме	95 А
Максимальное напряжение коллектор-эммитер в режиме отсечки	500 В
Максимальное напряжение перехода коллектор-база, смещенного в обратном направлении	800 В
Мощность транзистора	300 Вт
Коэффициент передачи по току	50

·  Резистор R1: 0.2 Ом; 500-1500 Вт

·  Резистор R2: 50 Ом

·  Резистор R3: 220 Ом

·  Резистор R4: 4.5 кОм

·  Резистор Rб:

·  Резистор Rt: 1.5 кОм

·  Конденсатор Ct: 6 мкф

·  Микросхема таймера 555: КР1006ВИ1

Напряжение питания	от +5 до +15 В
Ток нагрузки	не более 100 мА
Рассеиваемая мощность	не более 50 мВт
Минимальная длительность импульса, генерируемая таймером	20 мкс
Дополнительные замечания	при питании +5 В таймер совместим с микросхемами серии ТТЛ

·  Инвертор на выходе таймера: КМ555ЛА3

Функциональное назначение	4 элемента 2И-НЕ
Максимальное напряжение питания	5.5 В
Выходной ток низкого уровня	не более 4 мА
Выходной ток высокого уровня	не более –0.4 мА
Выходное напряжение низкого уровня	не более 0.4 В
Выходное напряжение высокого уровня	не менее 2.5 В

4. Детальный расчет

4.1. Каскад Дарлингтона

Пусть транзистор VT1 работает в режиме отсечки, Uвх = 10 В. Тогда, на R1 будет также падать Uвх и потечет ток Iн = 50 А.

Транзистор VT3 работает в линейном режиме и в базу втекает ток:

Iб_VT3 = 50 A / 50 = 1 A;

На R3 падает напряжение лыжи, для кремниевого диода оно составляет 0.75 В. При R2 = 50 A на резистор ответвляется ток:

I_R3 = 0.75 В / 50 Ом = 15 мА;

Это пренебрежимо мало, по сравнению с 1А. При коэффициенте передачи 200, в базу транзистора VT2 втекает ток, равный 5 мА.

Рассмотрим ситуацию, когда входное напряжение равно 1 В. Через транзистор VT3 потечет ток, равный 5 А, в базу VT3 втекает ток 100 мА, на резистор R3 ответвляется также ток 15 мА. В этом случае в базу VT2 втекает ток:

Iб_VT2 = 85 мА / 200 = 0.4 мА

4.2. Операционный усилитель и схема с транзистором VT1

При максимальном входном напряжении в базу транзистора втекает ток

Iб_VT2 = 5 мА

Поскольку операционный усилитель питается от напряжения ±15 В, больше 13 В в силу конструктивных особенностей в линейном режиме он обеспечить не может. Поэтому, считаем, что при максимальном напряжении питания, выходной потенциал равен 13 В. Потенциал базы VT2 равен 11.5 В. Тогда номинал R3:

R3 = (13 В – 11.5 В)/5 мА = 220 Ом

Пусть теперь транзистор VT1 работает в режиме насыщения, отключая обратную связь операционного усилителя. Потенциал базы VT2 падает практически до нуля: образуется резистивный делитель R3 – переход коллектор-эммитер насыщенного транзистора VT1. Через этот переход течет ток, порядка:

Iкэ = 13.5 / 245 Ом = 55 мА.

Коэффициент усиления по току VT1 равен 600, поэтому даже ток в 0.4 мА, поступающий из схемы одиночного запуска с таймером 555, способен перевести VT1 в режим насыщения. Выбираем номинал резистора, учитывая выходные параметры микросхемы ТТЛ:

R4 = (2.5 В – 0.75 В) / 0.4 мА = 4.37 кОм.

Выбираем R4 порядка 4.7 кОм.

5. Принципиальная схема устройства

9. Список использованной литературы

1.  М.Х. Джонс Электроника – практический курс. Москва: Постмаркет, 1999 г.

2.  Кауфман М., Сидман А. Г. Практическое руководство по расчетам схем в электронике: Справочник. – М: Энергоатомиздат, 1991 г.

3.  Зарубежные интегральные микросхемы: Справочник / А.Ф. Нефедов и др. – М.: КубК-а, 1995 г.

4.  Шило В. Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. – М.: Сов. Радио, 1979.