Исполнительное устройство в данной схеме представляет собой электрический ключ. Построение электрического ключа на основе составного биполярного транзистора обусловлено следующими факторами:
1) Отсутствие реверса в разрабатываемой схеме.
2) Сравнительная простота реализации электрического ключа на биполярном транзисторе.
3) Управление состоянием транзисторного ключа осуществляется с помощью управляющего входного сигнала.
4) Малый выходной ток компаратора.
5)Требования к минимальному сопротивлению нагрузки компаратора.
Реализация электрического ключа на основе составного биполярного транзистора приводит к уменьшению мощности, получаемой от предыдущего звена схемы. В этом случае пара транзисторов VT1, VT2 работает как один, но с коэффициентом усиления по току, равным:
.
При этом транзистор VT1 потребляет меньшую мощность и, как правило, обладает значительным коэффициентом по току.
Рисунок 6 - Составные транзисторы.
Выберем составные n-p-nтранзисторы, подключенные по схеме Дарлингтона. При работе составных транзисторов в ключевом режиме их включают обычно в цепь по схеме с общим эмиттером, как изображено на рис.6. Двигатель, которым необходимо управлять, как правило, включают в коллекторную цепь транзисторов. А для компенсации противо ЭДС якоря двигателя параллельно коллекторной цепи транзисторов включают диод VD1. Например, серии Д7Б с Uобр max = 100 В. Управляющий сигнал подают в цепь базы. При работе транзисторов в ключевом режиме цепь между коллектором и эмиттером может быть либо замкнута, либо разомкнута.
Рисунок 7 - Схема транзисторного ключа.
Т.к мы выбрали двигатель СЛ-525 [1], то получаем следующие входные данные для транзисторного ключа:
Uном = 110 В
Pном = 75 Вт
Iном = 1,2 А
Отсюда можем найти 
Исходя из Uном и Iном выберем транзистор VT2. Наиболее подходящим транзистором оказался: n-p-n транзистор КТ809А, который имеет следующие характеристики [7, стр.429]:
Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ 
= 30
Обратный ток коллектора IK0 max = 3 мА
Постоянный ток коллектора IK = 3 А
Постоянное напряжение эмиттер-база UБЭ max = 4 В
Постоянный ток базы IБ = 1,5 А
Постоянное напряжение коллектор-эмиттер UКЭ max = 400 В
Постоянная рассеиваемая мощность коллектора РК max = 40 Вт
Рабочая температура pn– перехода Tn раб = - 60 +1250С
Максимальная температура перехода Тп max = 1500С
Зададимся значением Еп, пусть Еп = 110 В. Определим параметры схемы, необходимые для обеспечения режима насыщения транзистора.
Рисунок 8 - Выходные ВАХ транзистора КТ809А
Построим нагрузочную прямую по постоянному току. Далее имеем
При этом ток в коммутируемой цепи 
не зависит от параметра транзистора, а зависит только от параметров внешней цепи (
и 
). Для обеспечения режима насыщения и крайнего верхнего положения рабочей точки необходимо в цепь базы транзистора подать соответствующий управляющий сигнал.
Минимальное значение тока базы должно быть не меньше 
. В общем случае:
Для реального тока базы 
должно выполнятся, условие, 
т.е. реальный ток базы больше или равен току насыщения базы. И, как правило, с целью повышения надежности работы транзисторного ключа при различных температурах, а также для удобства замены транзистора в случае выхода из строя, эти величины связывают через степень насыщения S. Но в нашем случае, т.к. мы используем схему на составных транзисторах, то достаточно задаться значением S, только для транзистора VT1, который будем рассчитывать далее. Значит для данного транзистора (VT2) будем иметь 
. Теперь из входных характеристик можно определить минимальное напряжение, которое необходимо подать на вход ключа для того, что бы перевести транзистор в режим насыщения.
 |
Рисунок 9 - Входные ВАХ транзистора КТ809А
Как видно 
. Из расчетов для транзистора VT2 окончательно получаем,
, 
, 
.
В качестве транзистора VT1 используется транзистор КТ603А со следующими основными характеристиками [ 7, стр.317]:
Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ 
= 80
Обратный ток коллектора(при Тс = -400 ¸ +250С) IKO max = 1 мкА
Постоянный ток коллектора IK max = 1 А
Постоянный ток базы IБ max = 0,2 А
Постоянное напряжение эмиттер-база UБЭ max = 7 В
Постоянное напряжение коллектор -эмиттер UКЭ max =120 В
Постоянная рассеиваемая мощность коллектора РК max = 0,8 Вт
Максимальная температура коллекторного перехода Тп max = 1500С
Значит, общий коэффициент усиления по току базы будет: 
=30 × 80 = 2400
Для транзистора VT1 получаем, т.к. 
, то должно выполняться следующее соотношение: 
= 
=70 мА, где - ток базы транзистора VT2. Значит по уже известным формулам можно записать:
Зададимся значением степени насыщения S = 2, тогда получим 
мА, а затем построим выходные ВАХ для транзистора КТ603А.
 |
Рисунок 10 - Входные ВАХ транзистора КТ603А
Получим, что 
. Рассчитаем необходимое сопротивление 
:
В режиме запирания транзистора в силу ничтожно малой величины теплового тока коллектора, на вход транзисторного ключа можно не подавать отрицательное запирающее напряжение. Для запирания транзистора будет достаточно и нулевого уровня напряжения.