Задание №1 - Расчет усилительного каскада и однофазного трансформатора

Расчет однотактного каскада усилителя мощности

Исходные данные:

Вариант

Д

Pвых, Вт

2

Rн, Ом

16

Fн-fв, Гц

4

Fн, Гц

16

Mн

1,1

Еп, В

5

На рис. 1.1 приведена схема усилительного каскада.

Расчет.

1. Распределяем по цепям частотные искажения.

Выходной трансформатор: MН = 1,14.

Цепь эмиттерной стабилизации: MН = 1,08.

Цепь связи RC между каскадами: MН = 1,05.

2. Вычисляем мощность сигнала, отдаваемую транзистором

тр - КПД выходного трансформатора.

КПД выходного трансформатора из таблицы 7.1 принимаем равным

тр = 0,82.

= / = 2 / 0,82 = 2,44 Вт.

3. Находим мощность, выделяемую на транзисторе при kA = 0,035...0,45. Принимаем коэффициент использования транзистора kA = 0,4.

    4. Ориентировочно определяем падение напряжения на активном сопротивлении первичной обмотки трансформатора и на сопротивлении RЭ ?U=URт.1+UR. Э = (0,2...0,3)Eп = 0,2 - 5 = 1 (В). 5. Наибольшее возможное напряжение на транзисторе

UКЭ. М = (Eп - ?U)/(0,4...0,45) = (5 - 1)/0,4 = 10 (В).

По двум параметрам P0 и Uкэ. м выбираем транзистор n-p-n КТ817A со следующими параметрами из таблицы: "Параметры транзисторов".

Тип прибора

IК. max, А

UК. Э.max В

РК. МАХ, Вт

H21Э

F, МГц

UНАС, В

Тип

КТ817А

3

25

25

25

3

0,6

N-p-n

Проверяем транзистор по частоте, при этом:

Где FВ - верхняя граничная частота усилителя;

МВ - коэффициент частотных искажений на данной частоте (МВ = МН = 1,1).

выходные характеристики условного транзистора

Рис. 1.2. Выходные характеристики условного транзистора

6. Определяем положение точки покоя на выходных статических характеристиках транзистора (рис. 1.2).

Uк. э.о = EП - ?U = 5 - 1 = 4 (В),

Iк. о= Р0 / Uк. э.о = 6,1/ 4 = 1,5 (А).

Строим нагрузочную характеристику (рис 1.3 прямая 1).

7. Определяем рабочий участок нагрузочной прямой 1.

Для чего задаемся величиной остаточного напряжения (Uост = 2 В). Наименьший ток коллектора Iк. min = 1 А (получился из условия симметрии c IKM относительно точки О, рис. 1.3).

Усилитель мощность трансформатор напряжение

нагрузочные прямые

Рис. 1.3. Нагрузочные прямые: 1-исходная; 2 - скорректированная.

8. Из построения определяем:

Uк. m= Uкэ. о - Uост = 4 - 2 = 2 (В) - амплитуда выходного напряжения;

Iк. m= IКМ ? IK0 = 2 - 1,5 = 0,5 (А) - амплитуда выходного тока.

Соблюдается условие IК. М ? Iк. доп = 3 А.

9. Вычисляем мощность сигнала, отдаваемую транзистором

Rкп = UКЭ. М/I = 10 / 2,5 = 4 (Ом) - сопротивление нагрузки переменному току;

I - точка пересечения нагрузочной прямой с осью ординат.

PТ = 0,125 (2 - 1)2 -4 = 0,5 (Вт).

Что меньше, чем Р? = 2,44 Вт.

Увеличиваем наклон нагрузочной прямой (увеличиваем I до 3,75 А - прямая 2, рис. 1.3) и вычисляем PТ с новыми параметрами.

RКП = UКЭ. М/I = 10 / 3,75 = 2,67 (Ом);

PТ = 0,125 (3 - 1,5)2 - 2,67 = 0,75 (Вт).

Нагрузочная прямая не должна выходить из области допустимой мощности. При UКЭ0 = 4 В и IK0 = 2,25 А

PКМ ? PК0 = UКЭ0 IK0 = 4 - 1,5 = 6 (Вт).

PКМ < PК. доп. = 25 (Вт).

10. Диапазон изменения входного тока (тока базы) при в = 25:

Iб. м = Iк. м / = 2 / 25 = 0,08 (А).

Iб. min = Iк. min / = 1 / 25 = 0,04 (А).

определение параметров входного сигнала

Рис. 1.4. Определение параметров входного сигнала

11. По входной характеристике транзистора находим Uбэ. м и Uбэ. min (рис. 1.4.)

Если входной характеристики данного транзистора в справочнике нет, то для кремниевого транзистора можно принять: Uбэ. м = 0,7 В, Uбэ. min = 0,5 В.

12. Вычисляем мощность входного сигнала и входное сопротивление транзистора переменному току.

Pвх = 2Uбэ. м - 2 Iб. м / 8 = 2 - 0,7 - 2 - 0,08 / 8 = 0,028 (Вт);

Rвх. тр = Uбэм / Iб. м = 0,7 / 0,08 = 8,75 (Ом),

Uбэ. м и Iб. м - соответственно амплитудные значения напряжения и тока базы.

13. Сопротивление в цепи эмиттера определяем по падению напряжения на этом сопротивлении при IК0 = 1,5 А:

URЭ =(0,5...0,3)U = 0,5 - 1 = 0,5 В;

RЭ = URЭ / IК0 = 0,5 / 1,5 = 0,33 Ом.

14. Определяем емкость конденсатора в цепи эмиттера. При fН = 16 Гц

СЭ = 10 / (2 р fн RЭ) = 10 / (2 р ? 16 ? 0,33) = 0,3 (Ф).

15. Определяем входное сопротивление каскада RВХ. К. и R1, R2.

RВХ. К. = Rвх. тр + в ? RЭ = 8,75+ 25 - 0,33 = 17 (Ом).

Обычно величину резистора R2 делителя напряжения выбирают в несколько раз меньше, чем RВХ. К.. В нашем случае (с трансформаторным включением нагрузки) по постоянному току каскад охвачен глубокой отрицательной обратной связью, что уже обеспечивает его достаточно высокую температурную стабильность. Поэтому можем принять R2 = RВХ. К. = 17 (Ом).

Эти резисторы включены параллельно. Их общее сопротивление равно

R2-ВХ. К. = R2 / 2 = 17 / 2 = 8,5 (Ом).

Начальный ток базы

Iб.0 = IK0 / в = 1,5 / 25 = 0,06 (А).

Падение напряжения на R2

UR2 = R2 - IK0 = 17 - 0,06 = 1,02 (В).

Напряжение на R1

UR1 = ЕП - UR2 = 5 - 1,02 = 3,98 (В).

R1 = UR1 - R2 / UR2 = (3,98 - 17) / 1,02 = 66,3 (Ом);

16. Вычисляем коэффициент усиления каскада по мощности

Кр = Pвых / Pвх = 2 / 0,028 = 71,4.

17. Коэффициент трансформации выходного трансформатора

18. Сопротивление обмотки выходного трансформатора:

Rт.1 = 0,5 RКП (1 - ) = 0,5 - 4 (1 - 0,82) = 0,36 (Ом);

Rт.2 = Rт.1 - К2 = 0,36 - 2,212 = 1,76 (Ом).

19. Индуктивность первичной обмотки:

(Гн)

20. Площадь поверхности охлаждающего радиатора,

Где Тоср. м = 40 оС - наибольшая возможная температура окружающей среды; Тот. м = 150 оС - наибольшая допустимая температура коллекторного перехода; RТТ - тепловое сопротивление. Для КТ817А из справочника RТТ = 5О С/Вт.

21. Находим емкость СВХ

СВХ = 10 / (2р fн R2-ВХ. К.) = 10 / (2 р - 16 - 8,5) = 0,0117 (Ф) ? 12000 (мкФ).

Похожие статьи




Задание №1 - Расчет усилительного каскада и однофазного трансформатора

Предыдущая | Следующая