Практическое занятие 1. Расчет мостовой схемы выходного каскада электромиостимулятора со стимуляцией током (4 часа)

Расчет мостовой схемы выходного каскада электромиостимулятора со стимуляцией током (4 часа)

Расчёт мостовой схемы произведем для одного из плеч схемы. Расчет для второй половины аналогичен. Схема работает таким образом, что когда ток генерируется источником тока на транзисторе VT4, то открыт электронный ключ на транзисторах VT1 и VT2 и наоборот.

Исходные данные для расчёта напряжение питания U_п =200 В, амплитуда входного сигнала U_c =1 В, амплитуда тока в нагрузке I_н =20 мА, частота стимулирующего сигнала f_c =5 кГц.

По требованиям электробезопасности ток частотой более 1 кГц в нагрузке R_н =500 Ом должен быть не более 80 мА.

Ток в нагрузке задаётся источником тока, выполненном на транзисторе VT5 и определяется по формуле:

. (1.1)

I_н

Uс

а

б

Рис.1. Электрическая принципиальная схема выходного каскада
электростимулятора (а) и диаграммы работы выходного каскада (б)

Зная, что U_бэ =0,6 В и подставив в формулу (1.1) исходные данные для расчёта находим R₅:

Для предотвращения возможного перехода транзистора VT5 в режим насыщения необходимо, чтобы напряжение на его переходе колектор-эмиттер составляло 2...3 В.

Транзисторы VT1,VT2 во включенном состоянии работают в режиме насыщения. Соответственно данному режиму работы падение на переходах коллектор-эмиттер этих транзисторов составляет 0,02…3 В. Максимальный ток коллектора транзисторов VT2,VT5 должен быть не менее тока нагрузки:

2·20 = 40 мА.

Максимальное напряжение коллектор-эмиттер транзисторов VT2,VT5 должно быть не менее напряжения питания:

1,2·200 = 240 В.

Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе VT5 должна быть не менее максимальной мощности, которая может быть передана от источника в нагрузку:

, (1.2)

= 200 В·20 мА = 4 Вт.

По выше рассчитанным характеристикам выберем транзисторы VT2,VT5 и сведём их параметры в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Параметры транзисторов VT2,VT5

Обозначение

Марка

Поляр- ность

Рк max, Вт

Uкб max, В

Uкэ max, В

Uэб max, В

Iк max, мА

h21е

Uкэ нас, В

Iкбо, мкА

fгр, МГц

Корпус Диапазон раб.темпер

VT2

КТ521А

PNP

0,625

>40

0,5

КТ-26* -60ч85°С

VT5

KT969A

NPN

6,0

5,0

50÷250

1,0

0,05

КТ-27 -45ч85°С

Для повышения помехоустойчивости ключа на транзисторе VT2 ток базы должен быть:

, (1.3)

мА.

Напряжение на R4 не должно превышать напряжение U_бmax транзистора VT2:

. (1.4)

Отсюда выразим R4:

, (1.5)

Ом.

Зададимся ближайшим из ряда стандартных значений Е24 R 4=4,1 Ом.

R 2 определим из соотношения:

. (1.6)

Для повышения помехоустойчивости ключа на транзисторе VT2 зададимся током I_кVT1 =10· I_бVT2 =12 мА.

, (1.7)

Ом.

Из стандартного ряда Е24 выберем ближайшее значение R 2 = 470 Ом.

Выберем транзистор VT1 по тем же соображениям, что и VT2 (табл. 1.2).

Таблица 1.2

Параметры транзисторов VT1

Обозначение

Марка

Поляр- ность

Рк max, Вт

Uкб max, В

Uкэ max, В

Uэб max, В

Iк max, мА

h21е

Uкэ нас, В

Iкбо, мкА

fгр, МГц

Корпус Диапазон раб.темпер

VT1

КТ520А

NPN

0,625

>40

0,5

КТ-26* -60ч85°С

Номинал R 3 определим из следующего соотношения:

, (1.8)

, (1.9)

.

Из стандартного ряда выберем ближайшее значение R 3=16 кОм.

, (1.10)

где U_упр напряжение управляющего сигнала U_упр =4,5 В.

, (1.11)

мА.

.

Выбираем ближайшее из стандартного ряда значений R1 =6,4 кОм.

Номиналы мощностей резисторов определяются по формуле:

, (1.12)

где I_R – протекающий через резистор, R – номинал резистора.

Соответственно для каждого из резисторов получаем:

Вт.

Вт.

Вт.

Вт.

Вт.

Мощность, рассеиваемая на резисторах R2, R3, является импульсной, а не долговременной. Поэтому представляется возможным выбрать резистор несколько меньшей долговременной мощности, но с малыми габаритными размерами. Номиналы мощностей резисторов выбираем ближайшие из ряда мощностей. Результаты расчетов номиналов резисторов сведем в табл. 1.3.

Номинал емкостей С 1 и С 2 определяются из условия:

, (1.13)

где R_и – сопротивление источника сигнала, R_вх – входное сопротивление ключа по отношению к емкости C, t_и – длительность импульса управления (переключения ключа).

Таблица 1.3

Выбор резисторов схемы

Поз.	Тип	Расчетный параметр, Ррасчёт, Вт	Выбранный параметр, Рном , Вт	Коэффициент нагрузки, Кн
R1	С2-23	0,00058	0,125	<0,1
R2	С2-23	0,59	0,5	1,18
R3	С2-23	2,3		1,15
R4	С2-23	0,0059	0,125	<0,1
R5	С2-23	1,64		<0.82

, (1.14)

мс.

Значения емкостей можно рассчитать следующим образом. Для емкости С 2 сопротивление R_и является R 3 ||R 2, а R_вх=R 4 +R_вхVT2, где R_вхVT2 – входное сопротивление транзистора VT2. В схеме с общим эмиттером оно мало и им можно пренебречь. Определим номинал С 2:

, (1.15)

нФ.

Для емкости C 1 R_и является сопротивлением выходных цепей схемы управления. Как правило, значение его мало и им можно пренебречь. R_вх = R 1 + R_вхVT1, где R_вхVT1 – входное сопротивление транзистора VT1. Как и в случае расчёта ёмкости С2 им так же можно пренебречь. Таким образом, для C 1 получаем:

, (1.16)

нФ.

Выбираем ближайшие к полученным при расчёте значениям номиналы ёмкостей С1 и С2 из стандартного ряда значений. С 1 = 7,5 нФ, С 2 = 5,6 нФ.

Номинальное предельно допустимое напряжение конденсаторов определяется максимальными напряжениями, которые будут прикладываться к их обкладкам. Для конденсатора C 1 это напряжение не превысит напряжения входного сигнала, для C 2 – падения на R 2. По результатам проведенных вычислений выберем конденсаторы типа К10-17 (табл. 1.4).

Таблица 1.4

Выбор конденсаторов схемы

Поз.	Тип	Расчетный параметр, Uрасчёт, В	Выбранный параметр, Uном , В	Коэффициент нагрузки, Кн
C1	К10-17	4,5		0,11
C2	К10-17	5,52		0,138

Дата добавления: 2015-04-30