Пример расчета ключа на биполярном транзисторе

Исходные данные для расчета:

P_k = 120 мВт

E_k = 10 В

U_ВХ = 2 В

n = 1.5

h_21Э = 30 - 80

t_РАС = 200 нС

2.1 Произведем вычисление тока коллектора в режиме насыщения:

I_k = P_k / E_k = 120/10 = 12 мА

2.2 Вычислим значение резистора R_k (Значение Uкэнас принимаем равным 0,2 В):

R_k = (E_k – U_кэнас)/I_k = (10 – 0.2)/0.012 = 816.67 Ом

Согласно ряду Е24 выбираем ближайшее значение резистора 820 Ом. Строго говоря, значение резистора нужно округлять в меньшую сторону, чтобы обеспечить заданную выходную мощность, при этом надо убедиться, что увеличение мощности не приведет к выходу транзистора из строя (т.е. реальный транзистор надо выбирать с запасом по мощности).

2.3 Определим ток базы (принимаем минимально возможное значение коэффициента h21э):

I_б = (I_k /h_21Э)*n = 12/30*1.5 = 0.6 мА

2.4 Вычислим R_б (U_бэ для кремниевых транзисторов малой мощности обычно составляет 0.6 – 0.7В):

R_б = (U_ВХ – U_бэ)/I_б = (2 – 0.6)/0.6 = 2.33 кОм

Согласно ряду Е24 выбираем ближайший номинал в меньшую сторону – 2.2 кОм Можно выбрать и 2.4 кОм, однако в этом случае уменьшится и ток базы. При малых значениях n появится риск выхода транзистора в активный режим, что может привести к его неисправности.

2.5 Для оценки времени включения и выключения транзистора необходимо найти 4 временных параметра, описанные выше. Однако определить время нарастания и спада достаточно сложно, т.к. они зависят от емкостей переходов и от емкости нагрузки. Для простоты будем вычислять время включения по формуле 4.1, а при выключении транзистора учтем лишь время рассасывания. Такой расчет нельзя назвать полным, но он позволит нам оценить влияние глубины насыщения транзистора на его динамические характеристики. Так как в справочниках достаточно трудно найти все постоянные времени для транзистора, воспользуемся постоянной времени рассасывания зарядов в базе, приведенной в исходных данных.

t_ВКЛ= t _РАС /n = 200 нС/1.5 = 133.33 нС

t_ВЫКЛ = t_РАС*ln n = 200 нС*ln 1.5 = 81.09 нС

Исходные данные

3.1 Кремниевый транзистор малой или средней мощности и справочные данные для него.

3.2 Выходная мощность, заданная для каскада.

3.3 Напряжение питания каскада

3.4 Коэффициент насыщения каскада

3.5 Время рассасывания зарядов в базе транзистора