2.2.4. Расчет бву на транзисторах прямой проводимости

типа p-n-р

1. Выбор транзистора VT2 выполняется по допустимому напряжению U_{КБ max} и по предельной частоте f. Напряжение питания БВУ принимается равным

, ,

где – коэффициент трансформации импульсного трансформатора. Рекомендуется задавать n₁ = 0,5 – 3,0. Нужно учитывать, что большие значения n вызывают увеличение тока коллектора транзистора I_к, а малые значения n – увеличение напряжений U_п, U_{КБ max}.

Выбор транзистора по частоте производится на основании следующих соображений. Для формирования импульсов сравнительно большой длительностью t_и ≥ 5 мкС при t_ф≥ 0,5 мкС предельная частота транзистора рассчитывается по формуле

.

Для генерирования импульсов малой длительности t_и ≤ 5 мкС с крутым фронтом (t_ф ≤ 0,5 мкС) применяются высокочастотные транзисторы. В этом случае предельная частота транзистора рассчитывается по формуле

.

2. Рассчитывается оптимальное значение коэффициента трансформации импульсного трансформатора:

,

где - постоянная времени транзистора с предельной частотой f;

R_Б = 50 Ом – объемное сопротивление базы транзистора (по справочным данным;

- сопротивление нагрузки переменному току;

С_К = 85 пФ – емкость коллекторного перехода транзистора (по справочным данным);

С_О = 2·n₁·C_H = 0, так как емкость нагрузки С_Н = 0;

h_21Э – статический коэффициент усиления транзистора по току,

h_21Э ≈ β.

С конструктивной точки зрения удобно n округлять до 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0.

3. Рассчитывается и выбирается емкость времязадающего конденсатора С по условию τ_с > t_и :

С > .

Влияние емкости конденсатора С не будет сказываться на длительности фронта импульса, если ее минимальное значение выбирать по условию

C > C_min = ,

где ; τ₁ = R_ЭКВ·[С_К·(h_21Э + 1) + С_О];

τ_β = (h_21Э + 1)·τ_α; ; .

Постоянная времени заряда конденсатора равна

τ_С = R_Б· С.

4. Индуктивность намагничивания импульсного трансформатора

,

где , τ_Н = 0,7·τ_β .

5. Максимальное значение тока коллектора транзистора VT2

.

Максимальное значение тока коллектора транзистора должно быть меньше предельного тока коллектора указанного заводом-изготовителем транзистора. Если окажется, что рассчитанное максимальное значение тока коллектора больше предельного тока коллектора, то нужно в цепь базы транзистора включить дополнительный резистор R_Д, R_Д = 2·R_Б, и расчет выполнить заново, заменяя во всех формулах R_ВХ = R_Б + R_Д. Выбирать большое R_Д нецелесообразно, так как при этом сильно увеличивается фронт импульса t_Ф.

6. Длительность фронта импульса можно рассчитать по формуле

,

где , .

Полученное значение t_Ф необходимо проверить на соответствие заданному фронту импульсов в исходных данных проекта.

7. Сопротивление резистора R₁ рассчитывается из условия

,

где – время восстановления,

.

8. Рассчитывается обратный выброс напряжения на коллекторе транзистора:

,

где .

Если полученное значение амплитуды выброса ΔU_К недопустимо для коллекторной и для базовой цепи транзистора, то параллельно первичной обмотке импульсного трансформатора включают диод VD2 и резистор R_ш c тем, чтобы уменьшить амплитуду выброса.

Определяется допустимое значение выброса напряжения:

,

или

.

Условие будет выполнено, если требуемое эквивалентное сопротивление не превышает

.

Суммарное сопротивление диода при прямом включении R_дпр и резистора R_ш можно принять равным

R_дпр + R_ш = R_{Э треб}.

Выбирается диод VD2, у которого среднее значение прямого допустимого тока равно

.

Допустимое обратное напряжение диода VD2, должно удовлетворять условию

.

9. Расчет эмиттерного повторителя, собранного на транзисторе VT1. Эмиттерный повторитель служит для предварительного усиления сигнала, поступившего на вход БВУ. Транзистор работает в классе усиления Д, то есть в ключевом режиме.

Рассчитывается амплитуда тока эмиттера

где - ток базы транзистора VT2.

Постоянная составляющая тока эмиттера

,

где К_З = 0,95 – коэффициент запаса.

Полагая I_кп ≈ I_эп , рассчитывается мощность рассеяния коллектора

,

где U_КЭ – напряжение на коллекторе-эмиттере, соответствующее началу прямолинейного участка выходных статических характеристик транзисторов. Для транзисторов малой мощности (Р_К ≤ 150 мВт) рекомендуется брать U_КЭmin = 1 В, а для мощных транзисторов (Р_К > 150 мВт) – U_КЭmin= 2 В.

Для эмиттерного повторителя можно выбрать маломощный низкочастотный транзистор, у которого максимально допустимая заводом-изготовителем мощность рассеяния Р_Кдоп с учетом температуры окружающей среды T_m удовлетворяет условию

,

где Т_о = +25 ^оС – температура окружающей среды, при которой нормируется Р_кдоп;

Т_m – наибольшая температура окружающей среды, указанная в задании на проектирование;

Т_Пmax – максимальная температура электронной структуры транзистора ⁰С, (из справочника по транзисторам).

Постоянная составляющая тока коллектора равна

,

где h_21Э – коэффициент передачи тока транзистора в схеме с общим эмиттером, h_21Э ≈ β.

Для получения тока I_кп в цепь коллектора транзистора VT1 рекомендуется включить резистор R₄ с сопротивлением

,

где – сопротивление нагрузки в цепи эмиттера транзистора VT1.

По таблице 2.7 выбирается стандартное сопротивление R₄.

Мощность, рассеиваемая в резисторе, равна

.

Из таблицы 5.2П [2] выбирается тип резистора, его номинальная мощность и отклонение сопротивления от номинала.

Постоянная составляющая тока базы

I_БП = I_ЭП – I_КП .

По входной характеристике транзистора (рис.2П [2] ) для ΔI_Б определяется приращение напряжения ΔU_БЭ, достаточное для перевода транзистора из режима отсечки в режим насыщения и наоборот.

Сопротивление перехода база-эмиттер транзистора R_БЭ равно

.

Входное сопротивление эмиттерного повторителя равно

.

Напряжение на входе блока БВУ

U_вх = I_эп·R_н + 0,6 .

Так как вход БВУ обычно соединяется с выходом формирователя импульсов (ФИ), то U_вх, R_вх являются исходными данными для расчета ФИ.

10. Выбор диода VD1, пропускающего на базу транзистора VT1 импульсы отрицательной полярности для повышения его срока службы, выполняется по предельному току и по напряжению в обратном направлении:

I_П > ΔI_Б, U_обр > U_вх.

Пример 1: Рассчитать ждущий блокинг-генератор на транзисторах прямой проводимости типа p-n-p (рис.2.6), предназначенный для формирования импульсов управления силовыми тиристорами выпрямителя.

Исходные данные: амплитуда импульсов управления тиристорами U_у = 16 В, I_у = 300 мА; длительность импульсов управления t_и = 30 мкС; период следования импульсов Т определяется частотой напряжения в контактной сети f = 50 Гц и равен Т = С; длительность фронта и среза импульсов t_ф = t_c ≤ 5 мкС; максимальная температура окружающей среды T_m = + 40 ⁰C.