Задача 1. Расчёт электронного ключа на биполярном транзисторе.
Разработать схему электронного ключа на биполярном транзисторе. Исходные данные к задаче (напряжение питания U П, сопротивление нагрузкиR Н, входные (управляющие) напряженияU У, соответствующие включенному и отключенному состоянию нагрузки) приведены в таблице 2.1(RНиз таблицы – группа №1; 0,8∙RН– группа №2;1,2∙RН– группа №3; 1,4∙RН– группа №4). Необходимо графоаналитически определить сопротивление управления в цепи базы RУ, описать принцип работы схемы, осуществить моделирование её работы в среде Multisim, определить длительность фронта t ф и среза импульса t С выходного напряжения.
Таблица 2.1 – Исходные данные к задаче 1
| Номер варианта | UП, В | RH, Ом | U у, В |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 1 | 10 | 5 | -2,5; +2,5 |
| 2 | 12 | 5 | -2; +2 |
| 3 | 15 | 5 | -2; +5 |
| 4 | 18 | 5 | -5; +5 |
| 5 | 24 | 5 | +0,4; +5 |
| 6 | 10 | 20 | -2,5; +2,5 |
| 7 | 12 | 20 | -2; +2 |
| 8 | 15 | 20 | -2; +5 |
| 9 | 18 | 20 | -5; +5 |
| 10 | 24 | 20 | +0,4; +5 |
| 11 | 10 | 50 | -2,5; +2,5 |
| 12 | 12 | 50 | -2; +2 |
| 13 | 15 | 50 | -2; +5 |
| 14 | 18 | 50 | -5; +5 |
| 15 | 24 | 50 | +0,4; +5 |
| 16 | 10 | 100 | -2,5; +2,5 |
| 17 | 12 | 100 | -2; +2 |
| 18 | 15 | 100 | -2; +5 |
| 19 | 18 | 100 | -5; +5 |
| 20 | 24 | 100 | +0,4; +5 |
| 21 | 10 | 150 | -2,5; +2,5 |
| 22 | 12 | 150 | -2; +2 |
| 23 | 15 | 150 | -2; +5 |
| 24 | 18 | 150 | -5; +5 |
| 25 | 24 | 150 | +0,4; +5 |
| 26 | 10 | 200 | -2,5; +2,5 |
| 27 | 12 | 200 | -2; +2 |
Окончание таблицы 2.1
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 28 | 15 | 200 | -2; +5 |
| 29 | 18 | 200 | -5; +5 |
| 30 | 24 | 200 | +0,4; +5 |
| 31 | 16 | 5 | +0,4; +5 |
Пример решения задачи 1. Вариант 31
Схема электронного ключа приведена на рисунке 2.1. Принцип ее работы описан в [3].
а) б)
Рисунок 2.1 – Схема электронного ключа (а) и выходные характеристики биполярного транзистора (б)
Максимальный ток нагрузки в режиме короткого замыкания транзистора VT1 составляет:
А.
Максимальное напряжение между коллектором и эмиттером не превысит напряжение питания
В.
Выбираем транзистор 2N3879 (аналог КТ908А) со следующими параметрами (приложение Г):
– максимальный ток коллектора I kmax = 7А;
– максимальное напряжение коллектора-эмиттера U КЭ max = 75В;
– статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером 
;
– постоянное напряжение между выводами эмиттера и базы при заданном обратном токе коллектора, равным нулю, 
В;
– постоянный обратный ток коллектора IК0 = 1,5 мА;
– сопротивление цепи базы rб = 1,5 Ом.
На выходных характеристиках транзистора (рисунок 2.1, б) проведём нагрузочную прямую. Она пройдёт через точки UКЭ = UП=16 В и Iкз = 3,2 А.
Определим параметры входной цепи транзистора (сопротивление Rу), обеспечивающие его включенное состояние в режиме насыщения, по уравнению
откуда
где 
– ток базы насыщения, 
;
q нас–коэффициент насыщения, определяющий превышение базового тока насыщения транзистора над его граничным значением IБгр. Принимается q нас = 1,5…2,0;
I К нас – ток коллектора насыщения (рисунок 2.1, б)
I К нас =3А, тогда 
А.
В результате:
Ом.
ВыбираемR у = 13 Ом из стандартного ряда Е24 (приложение В).
Определяем параметры входной цепи, обеспечивающие режим запирания транзистора (режим отсечки).
Для обеспечения режима глубокой отсечки сопротивление R у должно удовлетворять неравенству
Ом.
Окончательно выбираемR у = 13 Ом.
Модель электронного ключа в среде Multisim (файл «Ключ на биполярном транзисторе.ms11») приведена на рисунках 2.2 (режим насыщения - нагрузка включена) и 2.3 (режим отсечки – нагрузка отключена). Питание осуществляется от источника Uу1.
Рисунок 2.2 – Модель электронного ключа на биполярном транзисторе в режиме насыщения
Рисунок 2.3 – Модель электронного ключа на биполярном транзисторе в режиме отсечки
Результаты моделирования:
I Б нас=0,29А; I К нас=3,063А; U вых=15,315В (режим насыщения);
I Ботс=4,829мкА; I Котс=0,021мА; U вых=0,104мВ (режим отсечки),
хорошо согласуются с расчётными значениями.
Подав на вход схемы прямоугольные импульсы от источника U У, получаем временные диаграммы работы электронного ключа (рисунок 2.4). В результате определяем: время фронта tф=1 мкc, время среза t c =1,5 мкc.
Рисунок 2.4 – Временные диаграммы работы электронного ключа
Дата: 2018-12-21, просмотров: 408.
