Источники вторичного электропитания
Исходные значения:
1. Мощность обмоток трансформатора и коэффициент трансформации
2. Параметры сглаживающих фильтров
C-фильтр
L-фильтр
LC-фильтр
CLC-фильтр
3. Стабилитрон
КС527А (по справочнику):
4. Диод
D7B (по справочнику):
5. Проверка на модели
C-фильтр
L-фильтр
LC-фильтр
CLC-фильтр
Активные фильтры
Исходные значения:
1. Элементы схемы фильтров
Фильтр высоких частот
Фильтр низких частот
2. Численная проверка значения частоты среза f0 и усиления k0
Фильтр высоких частот
Фильтр низких частот
3. Проверка на модели
Фильтр высоких частот
Фильтр низких частот
Усилители мощности
Задание: рассчитать усилитель мощности.
В расчет каскада мощного усиления входит:
— выбор схемы усилителя;
— выбор напряжения источника питания;
— выбор транзисторов;
— выбор точки покоя на выходных и входных характеристиках транзистора;
— построение нагрузочной линии;
— определение тока и напряжения смещения входной цепи;
— определение сопротивления нагрузки выходной цепи переменному току;
— проверка по выходной динамической характеристике (нагрузочной прямой), отдаваемой каскадом мощности;
— определение амплитуды тока и напряжения входного сигнала (входной мощности), коэффициента усиления по мощности, коэффициента полезного действия каскада;
— расчет сопротивлений, задающих смещение, и входного сопротивления каскада;
— расчет реального значения коэффициента гармоник каскада и проверка его с допустимым значением (Кграсч.<Кгзадан.);
— расчет емкостей и площади радиатора, охлаждающего транзистор каскада мощного усиления.
| PH | |
| fH | 0.1 |
| fB | |
| t0cpmin | -5 |
| t0cpmin | +40 |
| RH | |
| Kг | 3.0 |
| MH | 4.5 |
| MB | 3.5 |
Под мощным каскадом понимают такой усилительный каскад, для которого задаются нагрузка RH и мощность PH, рассеиваемая в этой нагрузке. Обычно мощность имеет значения от нескольких до десятков-сотен ВТ. Поэтому мощные каскады, как правило, бывают выходными – оконечными. В качестве нагрузки могут выступать различные исполнительные устройства систем управления (например, обмотки реле, электродвигатели).
1. Выберем в качестве схемы усилителя) схему двухтактного выходного бестрансформаторного каскада с ОК, работающего в режимах В, АВ; с двумя источниками питания;
 |
В рассматриваемом каскаде транзисторы включены по схеме с ОК (эмиттерные повторители) режим работы В или АВ. При отсутствии входного сигнала ток в сопротивлении нагрузки Rн практически отсутствует, так как небольшие начальные токи, протекающие через транзисторы VT1 и VT2, взаимно вычитаются. При подаче входного сигнала на базы обоих транзисторов один из транзисторов в зависимости от фазы сигнала закрывается, а открытый транзистор работает как усилительный каскад, собранный по схеме с ОК. Следовательно, выходной сигнал Ukm на сопротивлении нагрузки Rн практически равен входному, а усиление мощности достигается за счет усиления тока Ikm. Во время другого полупериода открытый и закрытый транзисторы меняются местами.
Расчет двухтактного усилителя производят графоаналитическим методом по семействам статических характеристик одного транзистора. При этом рассчитывается одно плечо схемы.
2. Определим значения мощности, которую должны выделять транзисторы, и составляющие коллекторного тока и напряжения соответственно:
3.
P³1,1 PH; P³11 Вт;
4. Выбререм напряжение источников питания Ек1 и Ек2:
(Ек1 = Ек2 = Ек), Ек ³ Uкm + Uост,
где Uост – напряжение, отсекающее нелинейную часть выходных характеристик транзистора в области малых коллекторных напряжений (Uост»(0,3¸1,5)В).
Ек ³14,86+1³15,86 В;
5. Выберем транзисторы
Для этого рассчитаем следующие предельные параметры:
Uкэдоп.³ (2¸2.5)Ек; Iкдоп.³ Iкm; Ркдоп. ³ (0.4¸0.7)Р;
Транзисторы должны быть комплементарными, т.е. с противоположными типами проводимости и одинаковыми параметрами.
Uкэдоп. ³ 2Ек ³ 31,7 В;
Iкдоп. ³ 1,48 А;
Ркдоп. ³ 0.55Р ³ 6,05 Вт;
Для выбранной пары транзисторов выпишем необходимые параметры:
| Выбранные транзисторы | ||
| параметры | KT818Г | KT819Г |
| Uкэдоп. | 40 В | 40 В |
| Iкдоп. | 10 А | 10 А |
| Ркдоп. | 60 Вт | 60 Вт |
| t0пер.max | 125 °С | 125 °С |
| fгр | >3МГц | >3МГц |
| bmin |
Входные и выходные вольт-амперные характеристики транзисторов представлены ниже.На выходных характеристиках отметим допустимые значения тока Iкдоп и напряжения Uкдоп, а также построим кривую допустимой мощности, рассеиваемой транзистором.
6. Построение нагрузочной прямой и выбор рабочей точки
На семействе выходных характеристик проведем нагрузочную линию, угол наклона которой определяются рассчитанными значениями Uкm и Iкm. При этом скорректируем значение Uост. Так как ним заданы жесткие требования к уровню нелинейных искажений (малое значение кг), то будем использовать режим АВ, т.е. повышать Ioк, отсекая нелинейность входной характеристики. При этом КПД каскада падает. Варьируя параллельным перемещением нагрузочной линии, выберем окончательно ее положение, отметив значения Iкmax, Iкm, Ioк, Uост, Uкm, Ек. При этом нагрузочная характеристика не должна выходить за пределы допустимой мощности и Iкдоп.>Iкmax; Uкэдоп. ³2 Ек.
Iкмах=2,13 А; Uост=0,2 В;
Iок=0,26 А; Ek=18 В;
Ikm=1,86 A; Ukm=Ek-Uост=17,8 В;
7. Определим параметры входной цепи
Определим ток смещения базы Ioб, соответствующий найденной рабочей точке 0, при наихудшем транзисторе, имеющем bmin:
и амплитуду переменной составляющей входного тока Iбm:
Значения напряжений Uоб и Uбm найдем по входной характеристике для Iбmin и Iбmax, параметры которых берутся из построений на выходных характеристиках.
Iбmin=26 мA; Uоб=0,79 В;
Iбmax=186 мА; Uбmax=1,1 В;
Uбm= Uбmах – Uоб =1,1-0,79=0,31 В.
Входное напряжение для схемы с ОК, не обеспечивающей усиления по напряжению, определяется как:
Uвхm= Uбm+ Uкm =0,31+17,8=18,14 В.
Входная мощность сигнала, требуемая для получения заданной мощности в нагрузке, составляет:
8. Коэффициент усиления по мощности
Потребляемая каскадом номинальная мощность
P0 = 2EкIкср =2×18×0,85=30 Вт, где Iкср = [(Iкm/p)+Iок]=1,86/3,14+0,26=0,85(А).