Выходной транзистор схемы выбрали из условий, максимальный коллекторный ток не должен быть меньше максимального коммутируемого тока и напряжение насыщения коллектор-эмиттер должно быть как можно меньше иначе будут выделяться значительные тепловые потери, что привело бы к необходимости радиатора. Согласно вышеописанным условиям по справочнику выбрали транзистор КТ808А, его коллекторный ток постоянный Iк – 10 А, а коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером приняли равным h21Э = 55. Резистор R6 является термокомпенсирующим, диапазон его значений от 0,1 до 1МОм, R6 = 0,5 МОм. Далее по формуле 4.1. рассчитали ток базы выходного транзистора для того чтобы выбрать оптопару.
IБ = Iк / h21Э = 10 / 55 = 0,18 А; (4.1.)
По найденному значению базового тока в справочнике выбрали оптопару. Этому значению удовлетворяла транзисторная оптопара АОТ110А, её максимальный выходной ток равен Iвых = 200 мА.
Так как сопротивление R6 велико, то ток через резистор R9 будет больше тока через R6, следовательно сопротивление R9 определили по формуле 4.2.:
R9 = UБЭнасVT3 / (Iвых - IБ) = 1,4×103/ (20-18) = 700 Ом; (4.2.)
Где
UБЭнасVT3 – справочный параметр, В;
Iвых – выходной ток оптопары - справочный параметр, мА;
IБ – ток базы VT3 – справочный параметр, мА;
R9 выбираем из номинального ряда R9 = 680 Ом.
Также из справочника взяли данные по входному току Iвх = 20 мА. По входному току оптопары, который является выходным для операционного усилителя выбрали операционный усилитель К140УД9. Выходной ток данного операционного усилителя равен IвыхОУ = 22 мА. Сопротивление резистора R1 определили по формуле 4.3.:
R1 = (Еп – Uвх) / IвыхОУ = (15 – 2) × 103 / 22 = 590 Ом; (4.3.)
где
Еп – напряжение питания - 15 В;
Uвх – входное напряжение оптопары – справочный параметр, В;
IвыхОУ – выходной ток операционного усилителя – справочный параметр, мА;
Для расчета одновибраторов выбрали по справочнику транзистор выходной ток которого незначительно превосходит входной ток операционного усилителя. Выбрали транзистор КТ333А. Из условия Iк2 < Iкmax = 20 мА определили коллекторные токи транзисторов VT4 и VT5, получили Iк2 = 10 мА. Исходя из обеспечения режима насыщения приняли Iб2 = 0,2 мА. Рассчитали суммарное сопротивление по формуле 4.4.:
Rк2 + RЭ = (Еп - UКЭнас) / IR2 = (15-0,2) / 10× 10-3 = 1480 Ом; (4.4.)
Из условия Rк2 > RЭ выбрали значения резисторов согласно номинальному ряду Rк2 = 1,2 кОм, RЭ = 300 Ом. Согласно вышеописанному расчету получили сопротивления: R13= R15 = 1,2 кОм и R5 = 300 Ом. Задавшись током делителя Iд = 1 мА по формуле 4.5. рассчитали суммарное сопротивление резисторов R2 и R3:
R2 + R3 = Uп / Iд = 15 / 10-3 = 15 к Ом; (4.5.)
При закрытом транзисторе VT1 (VT2 – для второго одновибратора):
Выбрали R3 = R8 = 1 кОм;
Тогда R2 рассчитали по формуле 4.6.:
(R3+R2) - R3 = 15 – 1 = 14 кОм; (4.6.)
Получили: R2 = R7 = 14 кОм;
Сопротивление R1 определили по формуле 4.7.:
Получили R10 = R14 = 56 кОм;
Емкости конденсаторов С1 и С2 выбирали исходя из того, чтобы время восстановления одновибратора было малым. Приняли С1=С2= 0,01 пкФ. Сопротивление резисторов R4 = R11 = 3,75 кОм.
Для одновибратора срабатывающего при входном токе в 150 А сопротивление эмиттера R11 приняли равным 480 Ом.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной работе было спроектировано реле тока, которое срабатывало при входном токе в 100 А и отключалось при 150 А. В данном реле было одновибраторы были построены на дискретных элементах. Существенно сократить и упростить расчет позволяет применение интегральных микросхем, так как тогда он сводится только к выбору микросхем. По рассчитанным в работе величинам выбрали значения элементов из номинального ряда. Схема электрическая принципиальная полученного по итогам расчетов реле тока приведена в приложении, также приведены печатная плата и сборочный чертеж.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Быстров Ю. А., Мироненко И.Г. Электронные цепи и устройства: Учебное пособие для электротехнических и энергетических вузов. – М.: Высшая школа., 1989 г. 287 с.
2. Воробьев Н.И Проектирование электронных устройств: Учебное пособие. – М.: Высшая школа., 1989. – 223 с.
3. Аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / Б.П. Кудряшов, Ю.В. Назаров, Б.В. Тарабрин, В.А. Ушибышев. – М.: Радио и связь, 1981.-160 с.
4. Справочник по электронике для молодого рабочего: 4-е издание, переработанное и дополненное. – М.: Высшая школа