ТП - точка покоя 1 страница

Рис. 3. Семейство а/ выходных и б/ входных характеристик транзистора

ТП - точка покоя

9. Находим амплитуду напряжения между базой и эмиттером транзистора VT4

10. Вычисляем амплитуду тока базы транзистора VТ4

11. Определяем амплитуду напряжения на входе выходного каскада

12. Перейдем к определению параметров транзистора VTI. Находим значение напряжения коллектор-эмиттер транзистора VTI в точке покоя:

13. С учетом "вольт-добавки" находим напряжение коллектор-эмиттер транзистора VT5:

14. Вычисляем напряжение коллектор-эмиттер транзистора VТ4 в точке покоя:

15. Составляем уравнения для амплитуды тока коллектора транзистора VT1 и тока коллектора в точке покоя:

Решаем полученные уравнения относительно :

.

Выбираем значение резистора = (4... 8) полученный результат округляем до стандартного значения из ряда Е24, приведенного в /4/. Подставляя выбранное влечение резистора в квадратное уравнение, находим значение резистора . Находим значение тока , затем .

16. Выбираем ив справочника /6/ тип транзистора TI из условия

где - максимальный постоянный коллекторный ток выбранного типа транзистора.

Выписываем основные технические данные транзистора.

17. Вычисляем падение напряжения на емкости С2:

Тогда

Убеждаемся, что транзистора VT1.

18. Находим напряжение смещения

19. Определяем значение резистора :

тогда

Проверяем необходимость шунтирования того резистора емкостью

Если

то конденсатор С3 не требуется. Входное сопротивление можно принять равным 30…100 Ом.

20. Выбираем значения конденсаторов С2, С3 ориентировочно

С2 = (0,001... 0,01) мкФ;

С3 = (1... 100) нФ.

Из справочника /8/ выбираем стандартный тип конденсаторов С2, СЗ.

21. Вычисляем значение резистора :

- минимальное значение коэффициента усиления транзистора по току по схеме с ОЭ,

22. Определяем значение емкости разделительного конденсатора C1.

где

- минимальная рабочая частота • Гц»

- входное сопротивление транзистора, Т1,

- коэффициент нелинейных искажений, дБ.

Принимаем

; ; .

Значение сопротивления транзистора VTI выбирается из его паспортных данных или семейства входных ВАХ.

23. Рассчитываем параметры схемы защиты усилителя от перегрузки. Выбираем типы транзисторов VT2, VT3. Эти транзисторы должны работать при малых напряжениях, т.е. должны иметь малое остаточное напряжение. Желательно использовать транзисторы с наибольшим . Граничная частота работы должна быть больше, чем у транзисторов VT4, VT5.

24. Находим значение резистора R7, R8 и R5, R6.

R7 = R8 (0,1... 0,2)R_Н

.

Если в справочных данных семейства входных и выходных ВАХ выбранных типов транзисторов не приведены, тогда расчет следует проверить, используя другие технические данные, приведенные в справочнике.

Пример 2

Расчет бестрансформаторного усилителя мощности (УМ) с двухполярным питанием

Принципиальная электрическая схема УМ приведена на рис.

Принципиальная электрическая схема УМ с двухполярным питанием

Рис. 4

Максимальная мощность усилителя данной схемы в основное висит от сопротивления нагрузки и напряжения питания операционного усилителя.

Исходные данные для расчета:

- максимальная выходная мощность усилителя, Вт;

- сопротивление нагрузки, Ом

Расчет

1. Определяем с небольшим запасом мощность, отдаваемую резисторами выходного каскада в нагрузку:

, Вт.

2. Находим максимальное и среднее значения коллекторного тока транзисторов одного плеча за период

3. Рассчитываем амплитуду напряжения на нагрузке

, В.

4. Вычисляем напряжение источника питания и округляем его до ближайшего из ряда рекомендованных напряжений /3/

В.

5. Определяем мощность, рассеиваемую на коллекторе транзисторов одного плеча за полный период сигнала:

.

6. Распределяем мощности рассеивания и токи коллекторов транзисторов одного плеча

7. Выбираем из справочника /5/ типы транзисторов VTI, VT3 из условия, что

Желательно также, чтобы

где - максимальная постоянная рассеиваемая мощность коллектора;

U_K - максимальное постоянное напряжение коллектор-эмиттер выбранного типа транзистора;

I_ки - максимальный импульсный ток коллектора;

I_К - максимальный постоянный ток коллектора;

, - минимальные значения коэффициентов усиления току транзисторов VTI, VT3.

Обычно параметры транзисторов выбирают с 40-50% запасом.

Выписываем из справочника основные паспортные данные выбранных типов транзисторов.

8. Выбираем также из справочника типы транзисторов VТ2, VT другой проводимости, составляющих комплементарную пару с транзисторами VTI, VT3 соответственно. Параметры транзистора VT должны быть примерно одинаковыми с транзистором VTI, VT3 – c VT.

9. Рассчитываем площадь радиаторов под транзисторы VTI и VT2 по формуле

, см²,

где - температура перехода транзистора, °С;

- максимальная температура окружающей среды;

- тепловое сопротивление переход-корпус, °С/Вт.

Максимальную температуру окружающей среды выбираем произвольно с учетом предполагаемой области использования усилителя.

10. Определяем значения резисторов , :

, Ом.

Выбираем ближайшее стандартное значение резисторов , из ряда Е84 справочника /4/.

Вычисляем мощность рассеивания резисторов по формуле

Выбираем необходимый тип резистора.

11. Рассчитываем максимальное значение базового тока транзистора VT3.

,

- минимальный коэффициент усиления транзистора по току. Учитывая, что выходной ток операционных усилителей (ОУ) DA1, как правило, не превышает значения 10 мА, то максимальный базовый ток транзистора VT3 не должен превышать 5 мА.

Если I_БЗ>5 мА, необходимо поставить вместо одного транзистора VT3 два соединенных по схеме составного транзистора. Коэффициент усиления по току составного транзистора можно определить по формуле

где , - минимальные коэффициенты усиления по току отдельных транзисторов.

Также устанавливаем составные транзисторы вместо VTI, VT2, если > 10 мА.

12. Рассчитываем значения сопротивлений резисторов R7, R10 и R8,R11.

;

,

где - ток делителя напряжения R7, VD1, R4, R6;

= 1…2 мА;

; ; .

13. Выбираем из справочника /6/ тип диодов VD1, VD2 из условия

,

где - постоянный прямой ток диода.

Выписываем его основные параметры.

14. Находим значения резисторов R4, R5 и R6.

; .

Сопротивление резистора R6 выбираем равным .

15. Изсправочника /7/ выбираем быстродействующий тип ОУ с напряжением питания ±Е_К и выписываем его основные паспортные данные. Уточняем внешние корректирующие элементы (если они необходимы).

Уточняем значение резистора RЗ (R3 = 10...100 Ом) иди обходимся без него.

16. Выбираем значение сопротивления R1 = 10 к, чтобы входное сопротивление усилителя k.

17. Устанавливаем коэффициент усиления по напряжению усилителя, например, равным 20, тогда значение резистора R2 можно вычислить

18. Вычисляем ёмкость разделительного конденсатора C1 по формуле

где

- минимальная рабочая частота • Гц»

- входное сопротивление транзистора, Т1,

- коэффициент нелинейных искажений, дБ. Принимаем

; ; .

Из справочника /8/ выбираем стандартное значение емкости конденсатора C1 и его тип.

19. Примерно оцениваем КПД усилителя

,

где - выходная мощность усилителя;

- сумма мощностей, выделяемая на электро-радиоэлементах схемы.

Пример 3

Расчет бестрансформаторного усилителя мощности с двухполярным питанием

Принципиальная электрическая схема УМ приведена на рис.5

Рис. 5. Принципиальная электрическая схема УМ с двухполярным источником

Для снижения уровня нелинейных искажений в усилителе используются два параллельно включенных выходных каскада. Основной каскад выполнен на транзисторах VT3, VT4 и работает в режиме усиления B, вспомогательный - на транзисторах VT5... VT8 и работает в режиме AB. Резисторы R5... R14, диоды VD3, VD4, транзисторы VTI, VT2 и стабилитроны VBI, VD2 обеспечивают необходимое смещение на базах выходных транзисторов VT3... VT8 и задают режим работы обоих каскадов.

При малых уровнях входного сигнала транзисторы основного каскада закрыты и работает только вспомогательный каскад. Резисторы RI9, R20 создают необходимую термостабилизацию вспомогательного каскада, а резисторы RI5, R16 ограничивают базовый ток транзисторов VT5, VT6.

С ростом входного напряжения начинают открываться транзисторы VT3, VT4 и увеличивается ток, поступающий в нагрузку от включенных параллельно выходных каскадов.

Увеличение тока, протекающего через резисторы RI9, R20, приводит к росту падения напряжения на них и ограничению тока транзисторов VT7, VT8. Обычно сопротивление резисторов RI7, RI8 выбирается равным 2... 10 Ом, что ограничивает ток транзисторов VT7, VT8 на уровне 200.".. 40 мА.

Каскад предварительного усиления выполнен на операционном усилителе широкого применения. Операционный усилитель лучше выбирать быстродействующего типа. Корректирующие элементы подключаются к микросхеме DAI согласно паспортным данным. Стабилитроны VDI, VDZ стабилизируют напряжение питания DAI, которое одновременно используется для создания необходимого напряжения смещения выходного каскада. Конденсаторы С2, С3 - сглаживающие фильтры.

Резистор обратной связи R2 и резистор R1 определяют коэффициент усиления усилителя. Конденсаторы C4...C7 корректируют частотную и фазовую характеристики каскада.

Переменный резистор R10 используется для балансировки выходного каскада.

Усилитель мощности работает при напряжении питания ± Е от (25...50) В. Возможно его использование и при более низких нап­ряжениях питания ±15 Б или ± 12 В. Для этого необходимо убрать параметрические стабилизаторы RЗ VDI, R4 VD2 и подать питание на DAI непосредственно от E_K.

При выборе транзисторов необходимо иметь в виду, что транзисторы VTI и VT2, VT3 и VT4, VT5 и VT6, VT7 и VT8 составляют комплементарную пару и их технические параметры должны быть примерно одинаковыми. Кроме того, транзисторы VT3, VT4 могут быть составными.

Защиту от перегрузок и короткого замыкания усилитель не имеет, поэтому ее необходимо предусмотреть в источнике питания.

Учитывая, что в современных справочниках, как правило, ВАК транзисторов не приводятся, расчет параметров усилителя мощности осуществляем аналитическим методом.

Исходные данные для расчета:

- максимальная выходная мощность усилителя, Вт;

- сопротивление нагрузки, Ом

Расчет

3. Определяем с небольшим запасом мощность, отдаваемую резисторами выходного каскада в нагрузку:

, Вт.

4. Находим максимальное и среднее значения коллекторного тока транзисторов одного плеча за период

3. Рассчитываем амплитуду напряжения на нагрузке

, В.

4. Вычисляем напряжение источника питания и округляем его до ближайшего из ряда рекомендованных напряжений /3/

В.

5. Определяем мощность, рассеиваемую на коллекторе транзисторов одного плеча за полный период сигнала:

.

6. Распределяем мощности рассеивания и токи коллекторов транзисторов одного плеча

7. Выбираем из справочника /5/ типы транзисторов VTI, VT3 из условия, что

где - максимальное постоянное напряжение коллектор-эмиттер выбранного типа транзистора;

- максимальная постоянная рассеиваемая мощность коллектора;

- максимальный импульсный ток коллектора;

- максимальный постоянный ток коллектора.

Желательно также выбирать транзистор VT3, чтобы

- минимальные значения коэффициентов усиления току транзистора по схеме с ОЭ.

В противном случае необходимо вместо транзистора VT3 устанавливать составной, как это сделано во вспомогательном каскаде. Обычно параметры транзисторов выбирают с 40-50 % запасом. Выписываем из справочника основные паспортные данные выбранных типов транзисторов.

8. Выбираем также из справочника типы транзисторов VT4, VT6, VT8 другого плеча усилителя, тлеющих другую проводимость и составляющих комплементарную пару с транзисторами VT3, VT5.VT7 соответственно.

Параметры транзисторов комплементарной пары должны быта примерно одинаковыми.

9. Рассчитываем площадь радиаторов под транзисторы оконечного каскада по формуле

, см²,

где - температура перехода транзистора, °С;

- максимальная температура окружающей среды;

- тепловое сопротивление переход-корпус, °С/Вт.

Максимальную температуру окружающей среды выбираем произвольно с учетом предполагаемой области использования усилителя.

10. Определяем значения резисторов , , , :

, Ом,

, кОм.

Выбираем ближайшее стандартное значение резисторовиз ряда Е24 справочника /4/.

11. Рассчитываем максимальное значение базового тока транзистора VT5.

,

где - минимальные значения коэффициента усиления по току транзисторов VТ7, VT5.

12. Рассчитываем значения сопротивлений резисторов RI3, и R15, RI6.

, Ом,

, Ом.

- напряжение питания ОУ. Выбираем значение =1.

13. Выбираем из справочника /6/ тип диодов VD3, VD4 из условия

,

где - максимальный ток делителя RII, VD3, VT1, R13;

- постоянный прямой ток диода.

Максимальный ток делителя принимаем равным = 100 мА.

Выписываем из справочника основные технические параметра диода.

14. Находим значения резисторов R11, R12.

.

15. Вычисляем значения резисторов R7, R8 и R10.

где - выходной ток ОУ.

Выходной ток ОУ принимаем = 10 мА. Сопротивление резистора R10 выбираем равным

16. Определяем значения резисторов начального смещения R15, R16.

.

17. Из справочника /7/ выбираем быстродействующий тип ОУ о напряжением питания = ± 15 В и выписываем его основные параметры. Уточняем необходимые внешние корректирующие элементы (если таковые необходимы).

18. Из справочника /6/ выбираем тип стабилитронов VDI, VD2 с напряжением стабилизации 15 В. Выписываем основные параметры стабилитрона.

19. Рассчитываем значения сопротивлений балластных резисторов R₃, R₄.

, мА,

где - напряжение стабилизации выбранного типа стабилитрона;

- ток нагрузки параметрического стабилизатора;

- минимальный ток стабилизации

Проверяем, чтобы

,

где - дифференциальное сопротивление стабилитрона;

- максимальный ток стабилизации.

20. Конденсаторы фильтра С2, СЗ по питанию микросхемы DAI выбираем 10,0...30 мкФ. Корректирующие конденсаторы С4, С5 С6, С7 выбираем

пФ,

пФ.

В процессе наладки УМ емкость конденсаторов С4...С7 может быть скорректирована.

21. Устанавливаем коэффициент усиления по напряжению усилителя, например, равным 30, тогда значение резистора R2 можно вычислить по формуле

.

Резистор R1 определяет входное сопротивление усилителя. Принимаем R1= 10 кОм.

22. Вычисляем емкость раздельного конденсатора C1,

где

- минимальная рабочая частота, Гц,

- коэффициент нелинейных искажений, дБ.

Принимаем

; .

Из справочника /8/ выбираем стандартное значение емкости конденсатора C1 и его тип.

23. Для всех резисторов УМ определяем мощность рассеивания но формуле

и выбираем их типы.

24. Примерно оцениваем КПД усилителя

,

Дата добавления: 2015-06-04