Расчет принципиальной электрической схемы по постоянному току: - Расчет усилителя постоянного тока

Рассчитать усилитель со светодиодом в нагрузке по постоянному току.

Напряжение питания каскада ЕП = 5В.

Для этого преобразуем принципиальную электрическую схему так, чтобы в ней остались только элементы, влияющие на режим работы по постоянному току, все элементы заданной цепи влияют на режим работы при постоянном токе.

Т. к. в нагрузке присутствует светодиод, который должен светить - то расчет данного усилителя должен начинаться именно с выбора рабочей точки светодиода. Из вольтамперной характеристики нашего диода (ИПД04А-1К) видно, что, диод будет работать стабильно при:

IД=16 мА

UД=1.6 В

IД - ток светодиода

UД - прямое напряжение на зажимах светодиода в рабочей точке

Далее выбираем типы транзисторов VT2. В данной схеме усилителя. Для оптимального режима работы транзистора необходимо выполнение условий:

UКэ. max> ЕП,

IК. max> (1, 5...2) ImН,

РК. max> PК0,

Где UКэ. max максимально допустимое напряжение между коллектором и эмиттером;

IК. max - максимально допустимый ток коллектора;

РК. max - максимально допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора;

PК0 - Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора в рабочей точке.

Из нашей схемы видно, что: IК0 = IД0,

IК0 - ток покоя в цепи коллектора VT2.

Этим условиям соответствует транзистор КТ315Ж, который обладает следующими параметрами:

UКэ. max=20 В> ЕП = 5 В,

IК. max = 100 мА> (1, 5...2) IMн = 24...32 мА,

РК. max = 150 мВт,

Проверим выполнение условия РК. max> PК0:

PК0=UКэ0*IК0 = 2*0.016 = 32 мВт

Условие выполняется.

Далее построим нагрузочную прямую и выберем рабочую точку (см. рис.2), так чтобы при изменении выходного тока рабочая точка транзистора не смещалась за пределы рабочей области. Откуда найдем напряжение покоя на VT2:

UКэ02 = 2 В

UБэ02 = 0.55 В

IБ0 = 0.25 мА

Входная и выходная статические характеристики транзистора КТ 315Ж приведены на рис. 2. На семействе выходных статических характеристик проводим линии UКэ. max, IК. max, РК. max, ограничивающие область нормальной работы транзистора.

Транзисторы VT1 и VT2 примем одной группы и серии.

Суммарное сопротивление транзисторов R5 и R6 равно:

R5+R6 = (EП - UД - UКэ02)/ IК02 = (5 - 1.6 - 2)/0.016 = 87.5 Ом

Для обеспечения стабильной работы нужно учесть следующее:

UR6 + UКэ02 = UR5 + UД0 = 0.5 EП,

Откуда

UR5 = 0.5EП - UД0

UR5 = 0.5*5 - 1.6 = 0.9 В

R5 = UR5/IК0

R5 = 0.9/1.6*10-3 = 56.25 Ом

UR6 = 0.5EП - UКэ0

UR6 = 0.5*5 - 2 = 0.5 В

R6 = UR6/IК0

R6 = 0.5/1.6*10-3 = 31.25 Ом

Принимая номинальные значения сопротивлений резисторов:

R5 = 55 Ом, R6 = 30 Ом

Мощности, рассеиваемые на резисторах равны:

PR5 = (IК02)2 * R5 = (0.016)2 * 55 = 14 мВт

PR6 = (IК02)2 * R6 = (0.016)2 * 30 = 7.68 мВт

Принимаем резисторы R5 и R6 типа МЛТ-125

Напряжение на резисторе R4 и переходе коллектор эмиттер транзистора VT1 равно напряжению на переходе база эмиттер транзистора VT2 и резисторе R6: ток усилитель вольт транзистор

UR4 + UКэ01 = UБэ1 + UR6 =0.5+0.55 = 1.05 В

В целях обеспечения базового смещения транзистора VT2 напряжение коллектор эмиттер транзистора VT1 примем равным:

UКэ1 = 1 В

Резистор R3 совместно с резистором R4 и транзистором VT1 образуют делитель напряжения в цепи базы транзистора VT2. Ток этого делителя примем равным 5IБ0. Рабочая точка транзистора VT2 имеет следующие координаты:

UКэ01 = 1 В

IК01 = 1.25 мА

IБ01 = 0.05 мА

UБэ01 = 0.45 В

Напряжение на резисторе:

UR4 = 1.05 - 1 = 0.05 В

Сопротивление резистора равно:

R4 = UR4/IК01 = 0.05/1.25 = 40 Ом

Принимаем номинальное значение сопротивления резистора:

R4 = 40 Ом

Мощность, рассеиваемая на резисторе R4 равна:

PR4 = (IК01)2 * R4 = 1.25 * 40 = 0.07 мВт

Принимаем резистор R4 типа МЛТ-125

Напряжение на резисторе R3 равно:

UR3 = EП - UКэ01 - UR4 = 5 - 1 - 0.05 = 3.95 В

Сопротивление резистора равно (примем IК01 = IД0):

R3 = UR3/ (IК01 + IБ01) - 3.95/1.5 = 2633 Ом

Примем номинальное значение сопротивления резистора:

R3 = 2.6 Ом

Мощность, рассеиваемая на резисторе R3 равна:

PR3 = (IК01 + IБ01)2*R3 = 2.25 * 2.6 = 5.85 мВт

Принимаем резистор R3 типа МЛТ-125

Выберем ток делителя равным 5IБ0 и найдем напряжение на сопротивлении R2

UR2 = UБэ01 + UR4 = 0.45 + 0.05 В

И значение сопротивления:

R2 = UR2 / 5IБ01 = 0.5/0.25 = 2 кОм

Принимаем номинальное значение сопротивление резистора:

R2 =2 кОм

Мощность, выделяемая на R2 равна:

PR2 = (5IБ01)2*R2 = (0.25*10-3)2 * 2*103 = 0.125 мВт

Примем резистор R2 типа МЛТ-125

Найдем значение сопротивления R1

R1 = (EП - UR1)/6IБ01 = (5 - 0.5)/0.05*6*10-3 =15 кОм

Принимаем номинальное сопротивление на резисторе:

R1 = 15 кОм

Мощность, выделяемая на R1 равна:

PR1 = (6IБ01)2*R1 = 1.35 мВт

Принимаем резистор R1 типа МЛТ-125.

Определяем ток и мощность, потребляемые каскадом в режиме покоя. Потребляемый ток равен:

IП = IК01 + IК02 + IБ0 + 5IБ0 = 16+1.25+0.25+0.25 = 17.75 мА

Потребляемая мощность равна:

PП = IП * EП = 88.75 мВт

выходные характеристики

Рисунок 2. Выходные характеристики

входные характеристики

Рисунок 3. Входные характеристики

Похожие статьи




Расчет принципиальной электрической схемы по постоянному току: - Расчет усилителя постоянного тока

Предыдущая | Следующая