МІНІСТЕРСТВО НАУКИ І ОСВІТИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА» Кафедра «Комп’ютерізовані системи автоматики»
КУРСОВА РОБОТА «РОЗРАХУНОК КЛЮЧА НА БІПОЛЯРНОМУ ТРАНЗИСТОРІ» з навчальної дисципліни «Елементи дискретних пристроїв автоматики та обчислювальної техніки» Варіант 15.1 ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ ДО КУРСОВОЇ РОБОТИ (Варіант 15.1) За значеннями напруги і струму Напруга на навантаженні Eн=40 В Потужність в навантаженні Pн=1,7 Вт Амплітуда імпульсу керування Ei=4 В вибрати транзистор для ключа з умови:
(В)
(А) Розрахувати стаціонарний режим транзистора: опір навантаження
; струм насичення колектора
; струм бази
; величину опору базового резистора
; Розрахувати процес включення транзисторного ключа: тривалість затримки включення
; усталене значення колекторного струму
; тривалість фронту включення
; загальну тривалість включення транзистора
; Розрахувати процес виключення транзисторного ключа: усталене колекторного струму
; тривалість затримки виключення
; тривалість фронту виключення за струмом
; загальну тривалість виключення транзистора за струмом
; тривалість фронту виключення за напругою
; загальну тривалість виключення транзистора за напругою
; РОЗРАХУНОК КЛЮЧОВОЇ СХЕМИ Принципова схема транзисторного ключа показана на рис. 2.1.
Рис. 2.1 – Принципова схема транзисторного ключа ВИБІР ТРАНЗИСТОРА За значеннями заданої напруги
і потужності
визначити величину струму
у навантаженні ключа.
Параметри біполярного транзистора 2N3903
– максимальна напруга колектора
– максимальний струм колектора
- коефіцієнт підсилення транзистора за струмом;
- постійна часу транзистора в схемі зі спільною базою
пФ – ємність емітерного переходу;
пФ – ємність колекторного переходу;
пФ – ємність колектора;
пФ – ємність навантаження
пФ – монтажна ємність РОЗРАХУНОК СТАЦІОНАРНОГО СТАНУ Опір навантаження
Приймаємо опір бази з ряду номіналів Е24 RН=1 кОм Струм насичення бази
Приймаємо коефіцієнт насичення
Струм бази
Величина опору резистора бази
Приймаємо опір бази з ряду номіналів Е24 Rб=9,1 кОм ПРОЦЕС ВКЛЮЧЕННЯ ТРАНЗИСТОРНОГО КЛЮЧА Вхідна ємність транзистора
Постійна часу вхідного кола
Тривалість затримки включення
Додатне усталене значення колекторного струму
. Еквівалентна постійна часу транзистора в схемі зі спільним емітером
Тривалість фронту включення
Загальна тривалість включення
ПРОЦЕС ВИКЛЮЧЕННЯ ТРАНЗИСТОРНОГО КЛЮЧА Амплітуда від'ємного імпульсу струму бази
Від'ємне усталене значення колекторного струму
Вибираємо постійну часу у режимі насичення
Тривалість затримки виключення

Тривалість фронту виключення за струмом
Загальна тривалість виключення транзистора за струмом
Еквівалентна ємність навантаження
Еквівалентна постійна часу навантаження при виключенні
Тривалість фронту виключення за напругою
Загальна тривалість виключення транзистора за напругою
МОДЕЛЮВАННЯ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ КЛЮЧА Моделювання здійснюється для транзистора 2N3903,



Сумарна ємність навантаження
Період повторення імпульсів генератора
Частота імпульсів
Амплітуда імпульсів
Моделювання здійснене за допомогою програми Multisim. Принципова схема моделі і осцилограми напруги на колекторі транзистора і керуючих імпульсів приведені на рис. 2

Рис. 2 - Принципова схема моделі і осцилограми напруг Осцилограма для визначення тривалості включення ключа приведена на рис. 3.
Рис. 3 – Визначення тривалості включення ключа За результатами осцилограм: Тривалість затримки включення tз.вк = 36 нс. Тривалість фронту включення tф.вк = 553 нс. Загальна тривалість включення tвк = 590 нс. Осцилограма для визначення тривалості виключення ключа приведена на рис. 4.
Рис. 4. – Визначення тривалості виключення ключа За результатами осцилограм: Тривалість затримки виключення tз.вик. = 6 нс. Тривалість фронту виключення за напругою tф.вик.U = 224 нс. 3. Загальна тривалість виключення за напругою tвик.U = 230 нс. Таблиця порівняння результатів розрахунку і моделювання Параметр Розрахунок Моделювання Різниця в скільки разів  Тривалість затримки включення, нс 62,3 36 26,3 0,57  Тривалість фронту включення, нс 497 553 -56 1,1  Загальна тривалість включення, нс 559 590 -31 1,05  Тривалість затримки виключення, нс 0,13 6 -5,87 46,15  Тривалість фронту виключення за напругою, нс 108,1 224 -115,9 2,07  Загальна тривалість виключення за напругою, нс 108,2 230 -121,8 2,12   Висновки У зв'язку з використанням різнополярного імпульсу управління ключем одержано велику тривалість затримки включення. Мала еквівалентна ємність навантаження ключа привела до того, що загальна тривалість виключення за напругою менша за загальну тривалість включення ключа. Значну різницю між результатами розрахунку і моделювання можна пояснити тим, що при моделюванні використано значно більше параметрів транзистора, ніж при розрахунку. Використана література Схемотехніка електронних схем: У 3 кн. Кн. 1. Аналогова схемотехніка: Підручник / В.І. Бойко, А.М. Гурджій, В.Я. Жуйков та ін. – 2-ге вид., допов. і переробл. – К.: Вища шк., 2004. – 423 с.: іл. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Лабораторнный практикум на базе Electronics Workbench и MATLAB. − М.: «Солон−Р», 2004.