Методика расчета блока оптронной развязки

Исходными данными для проектирования БОР являются электричес­кие параметры нагрузки (номинальные напряжение, ток, мощность или ее производные), а также параметры сигнала управления. Параметрами нагрузки определяется схема буферного устройства БОР, а параметрами сигнала управления - схема блока управле­ния фотоизлучателем оптопары.

Расчет электронных схем проводится в направлении «с выхода на вход».

3.1 Методика расчета блока оптронной развязки в генераторном режиме

Задание. Рассчитать элементы электрической схемы БОР.

Исходные данные: номиналь­ная мощность нагрузки Р_н=12Вт;

номинальное напряжение на нагрузке U_н = 24 В.

Рисунок 3.7 - Электрическая схема БОР на основе диодной оптопары в генераторном режиме

3.1.1 Расчет буферного устройства

1. Определяем номинальный ток ЭПК

I_н-=P_н/U_н=12/24= 0.5 А.

2. Принимаем напряжение Е2 = U_н = 24 В.

3. В усилителе мощности диодной оптопары выбираем схему неинвертирующего ОУ. Данная схема имеет большое входное сопротивление (R_вх=10⁹…10¹² Ом), обеспечивая усиление фото-ЭДС в режиме холостого хода фотодиода. В качестве ОУ применяем микросхемы например, типа К I40 УД14 А,Б,В).

4. Определяем необходимый коэффициент усиления тока сос­тавного транзистора на элементах VT1 и VT2. Принимаем выходной ток ОУ К 140 УД 14 .

.

5. Выбираем выходные транзисторы VT1 и VT2, исходя из следующих соображений. Реальный коэффициент усиления составного транзистора β_Р=β₁*β₂, где β₁ , β₂ - соответствующие коэффициенты усиления то­ка базы транзисторов VT1 и VT2 . При выборе транзисторов необходи­мо чтобы расчетное значение коэффициента передачи тока базы β_Р было не меньше заданного значения β₀. При этом следует учесть, что мало­мощные транзисторы имеют высокий коэффициент передачи тока базы (β=20 100), но малое допустимое значение коллекторного тока. С другой стороны, мощные транзисторы имеют коэффициент β = 10 20, а кол­лекторный ток может достигать для некоторых типов (например, КТ 819) нескольких ампер. Поэтому в составном транзисторе целесо­образно первый (входной) транзистор выбирать меньшей мощности, а око­нечный (выходной) - большой мощности.

При выборе транзисторов в усилителе мощности необходимо выполнить условия:

максимально допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе составного тран­зистора P_{k max}, должна быть больше мощности нагрузки БОР: ;

макси­мально допустимое напряжение коллектор – эмиттер должно быть боль­ше напряжения питания Е: .

С учетом изложенного выше выбираем транзисторы VT1,VT2 []:

VT1- КТ315Г: β1 = 20 150; I_{k max} = 100Mа; U_кэ.max = 30 В;

VT2- КТ819Г: β2 = 10 20; I_{k max} = 7mА; U_кэ.max = 40 В.

Принимаем для расчета минимальные значения параметров: β₁=20; β₂= 10.

6. Определяем реальное значение коэффициента усиления по току β_Р и проводим сравнение с расчетным значением.

β_Р =β₁ * β₂=20*10=200; β₀ =166,6.

Поскольку параметр β_Р больше параметра β₀ транзисторы VT1 и VT2 выбраны правильно.

Примечание. Параметры β₁ и β₂ могут выбираться не только по минимальным значениям. В принципе можно выбрать любое значение β в заданном для транзистора диапазоне изменения данного пара­метра.

7. Для обеспечения насыщения составного транзистора (VT1, VT2) принимаем напряжение на выходе ОУ .

8. Выбираем тип оптопары и определяем необходимый коэффициент усиления K_оу операционного усилителя, полагая фото-ЭДС E_ф = 0,75В []:

3,0/0,75=4,0.

9. Определяем отношение резисторов

.

10. Определяем величину резистора R2 в цепи отрицательной обратной связи ОУ.

Принимаем для расчета R1 = 10 кОм [].

R2=3*R1=3*10=30 кОм

11. Определяем ток обратной связи I_oc через резисторы R1 и R2

.

12. Определяем мощность резисторов R1 и R2

p1 =I²_oc*R1= 5,6*10^-5 Вт;

p2 = I²_oc*R2= 1,69*10^-4 Вт.

13. Выбираем резисторы по ГОСТ []

R1- ОМЛТ – 0,125 - 10 к±5%;

R2- ОМЛТ – 0,125 - 30 к±5%.