Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







МЕТОДИКА РАСЧЕТА УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ





Простейшим бестрансформаторным усилителем мощности, работающим в режиме А., может служить эмиттерный повторитель с дополнительным источником питания (рис. 5.2).

Рисунок 5.2- Усилитель мощност и

Максимальный размах напряжения на нагрузке в случае симметричного питания ограничивается по формуле

,

при этом мощн ость в нагрузке

 

:

 

Максимальное значение мощности будет достигаться при RH=RЭ:

.

Мощность, потребляемая от источника питания

Р О=2Е .

Тогда коэффициент полезного действия

.

Мощность, рассеиваемая на транзисторе, максимальна в режиме покоя (Рн=0):

Рт= Е 2п\RЭ=8 Рн макс.

Схема двухтактного эмиттерного повторителя на транзисторах противоположного типа проводимости, образующих так называемую комплементарную пару, приведена на рис.5.3.

Транзисторы работают поочередно, каждый в течение одного полупериода входного напряжения. При UВХ = О оба транзистора заперты.

Рисунок 5.3 – Двухтактный усилитель мощности

Следовательно, схема имеет малый ток покоя, что характерно для режима В. Максимальный размах напряжения на нагрузке при симметричном питании достигает значение:

UН.м= EП.

При полном размахе напряжения на нагрузке мощность в нагрузке

Рн.макс= Е 2п/(2RH).

Мощность, потребляемая от источников питания обоими транзисторами РО=2ЕпIHМ/ ,

где IHМ= UHМ/RH - максимальная амплитуда тока в нагрузке.

Коэффициент полезного действия

.

Мощность рассеивания на каждом транзисторе

РТ МАКС= .

Для уменьшения нелинейных искажений, возникающих из-за большой кривизны начального участка входных характеристик, двухтактный эмиттерный повторитель часто используется в режиме АВ. Для этого через транзисторыVT1 и VT2 задается ток покоя, составляющий незначительную часть максимального тока в нагрузке:

I0= (0.05…0.15) IH.М.

 

Для обеспечения малого значения тока покоя следует приложить постоянное напряжение порядка 1.4 В между базами транзисторов VT1 и VT2. Если напряжения U1 и U2 равны между собой, то выходной потенциал покоя равен входному потенциалу покоя. Дополнительные резисторы R1 и R2 обеспечивают температурную стабилизацию тока покоя. Вместе с тем резисторы R1 и R2 включены последовательно c Rh и поэтому они снижают мощность, отдаваемую в нагрузку.

Для нормальной работы двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности необходимо включение предоконечнoго каскада.

 

На рис.5.4 приведена схема усилителя мощности, в которой в качестве предоконечного каскада используется каскад на транзисторе VT1.. При расчете такого усилителя обычно заданы мощность Рн и сопротивление нагрузки Rн.

Мощность, которую должны выделять транзисторы обоих плеч усилителя, Р>>1.1PH

Рисунок 5.4 – Усилитель мо щности

Переменные составляющие коллекторного тока и напряжения равны соответственно:

IKМ= , UKm=2P/IKМ.

Минимальное напряжение в цепи коллектор-эмиттер транзисторов VT1и VT2 находят из выходных характеристик транзисторов. Выделяемую оконечным каскадом мощность определяют графически как площадь треугольника АВС.

Напряжение источника питания удовлетворяет неравенству

EK UKМ+UОСТ (0.4…0.5)UК. ДОП.

Начальный ток I ок (IKA) через транзисторы обеспечивают соответствующим выбором величин резисторов: R1, R2, R3 и R4.

Средний ток, потребляемый транзистором

Iк.ср=IK/ p.

Потребляемая каскадом номинальная мощность

PO=2EKIK.СР.

Коэффициент полезного действия

.

Определяют входную мощность:

РВХ = 1/2 UВХ.М IБ.М.

Подсчитывают коэффициент усиления по мощности:

КРВЫХВХ.

Пример 5.1

Рассчитать двухтактный бестрансформаторный усилитель мощности, изображенный на рис.5.1, если заданы мощность в нагрузке Рн = 2 Вт и сопротивление нагрузки Rh = 10 Ом. Усилитель работает от источника сигнала с параметрами: Еr = 600 мв и RГ = 10 Ом.

Решение

Определим с небольшим запасом мощность, которую должны выделить транзисторы обоих плеч каскада:

Р 1.1Рн = 2.2 Вт.

Требуемое максимальное значение коллекторного тока.

IK= .

Минимальное напряжение в цепи коллектор-эмиттер определим по выходным характеристикам транзисторов. Остаточное напряжение Uoст должно отсекать нелинейную часть характеристик. Примем Uост = 1 В.

Требуемую амплитуду напряжения на нагрузке UВЫХ найдем из формулы

UK= B.

Необходимое напряжение источника питания = 1+ 6.6=7.6 В. Возьмем с запасом EK = 8 В.

Выбираем мощные транзисторы VT2 и VT3 по значению отдаваемой мощности Ри максимальному напряжению на коллекторе. Выбираем транзисторы с противоположным типом проводимости (так называемой комплементарной парой) типа КТ814А и КТ815A.Примем значение коэффициентов усиления по току = 25. Тогда IБМ=IКМ/ = 0.6/25 = O.O15A = 15 мА.

Рассчитаем цепь базового делителя R1...R2. Потенциал базы транзистора VT1 в состоянии покоя выберем исходя из необходимого начального тока через транзисторы VТ2 и VT3, вида входных характеристик. Пусть IK.НАЧ=10 мА, тогда IБ.НАЧ = 0.4 мА.. Из входных характеристик находим: UБЭ.НАЧ = 0.45 В. Примем ток делителя IД равным 0.8 мА, тогда

R1=R4= кOм,

R2=R3= кOм.

Рассчитаем каскад предварительного усиления на транзисторе VT1. Коэффициент усиления каскада VT1 определяется выражением

KU1= .

где R ВХ1= rб1+(rЭ1+RЭ1)/ (1+ ): RВХ2 при условии достаточно высокоомных резисторов R1 и R4: = 25. С другой стороны, каскад на транзисторе VT1 должен обеспечить следующее усиление: KU1 = UK.m/EГ =6.6/0.6=11. Такое усиление можно получить, задавшись током покоя транзистора VT1, равным 5 мА. Выбрав Rк1 = 2 кОм, обеспечим режимное значение UKЭ1= 5 В. Из формулы для KU1 при rэ1 = 5 Ом и = 50 находим сопротивление эмиттерного резистора, регулирующего усиление каскада на VT1. Сопротивление RЭ1=47 Ом обеспечивает необходимый коэффициент усиления каскада предварительного усиления на VT1:

Амплитуда входного тока транзистора \/T1

.

Коэффициент усиления по мощности для рассчитываемого усилителя

.


Задание 6

Рассчитать нормирующий усилитель (рис 6.5), если заданы тип ОУ, коэффициент передачи КU, нагрузка RH, входное сопротивление Rвх, выходное сопротивление Rвых, источник сигнала Ег и Rг, колебание температуры ΔТ, нестабильность питания ΔЕп. Оценить относительную статическую погрешность и дрейф, приведенный ко входу усилителя. Данные для расчета приведены в табл.6.1, параметры ОУ – в приложении Д.

Исследовать нормирующий усилитель на ПЭВМ. Снять передаточную характеристику, используя данные своего варианта и расчетные номиналы резисторов.

 

Таблица 6.1.- Варианты задания 6

Номер вари-анта Тип ОУ КU RH, кОм Rвх, кОм Rвых, кОм Ег, В Rr, кОм ΔТ, 0С ΔЕп, %
1   3 4 5 6 7 8 9 10
  КР140УД1   4.7   0.12 0.1 0.82   ±5
  КР140УД5   4.3   0.15 0.12 0.92   ±8
  КР140УД6   3.9   0.16 0.15 1.0   ±10
  КР140УД8   3.6   0.18 0.2 1.1   ±12
  КР140УД9   3.3   0.2 0.18 1.2   ±12
  КР140УД20   3.0   0.21 0.22 1.3   ±15
  К544УД1   2.7   0.24 0.2 1.4   ±4
  КМ551УД2   2.4   0.27 0.25 1.5   ±6
  К553УД2   2.2   0.3 0.25 1.6   ±9
  К 140УД14   2.0   0.33 0.3 1.7   ±7
  К 140УД7   1.8   0.36 0.15 1.8   ±10
  К Р140УД1   1.8   0.3 0.2 1.5   ±5
  К 140УД5   2.0   0.33 0.15 1.8   ±10
  К 140УД6   1.8   0.10 0.08 1.0   ±5
  К 140УД8   1.7   0.12 0.1 1.1   ±8
  К140 УД9   1.6   0.14 0.12 1.2   ±10
  К140 УД20   1.5   0.15 0.15 1.3   ±12
  К 544УД1   1.4   0.18 0.2 1.4   ±15
  КМ551УД2   1.3   0.20 0.24 1.5   ±12
  К 553УД2   1.2   0.15 0.26 1.6   ±10
  К140 УД14   1.1   0.12 0.3 1.7   ±8
  К 140УД7   1.0   0.22 0.33 1.8   ±5
  К 140УД14   1.1   0.24 0.36 1.9   ±8
  К553УД2   1.2   0.3 0.4 2.0   ±10
  КМ551УД2   1.3   0.35 0.45 2.2   ±12
  К544УД1   1.4   0.4 0.5 2.4   ±15
  К140УД20   1.5   0.5 0.55 2.6   ±12
  К140УД9   1.6   0.55 0.6 2.8   ±10
  К140УД8   1.8   0.6 0.65 3.0   ±8
  К140УД6   2.0   0.65 0.8 3.2   ±5

 

6 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ СХЕМ НА

ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ

Общие сведения

Под операционным усилителем (ОУ) принято понимать универсальный электронный усилитель, который может выполнять самые различные функции и позволяет без нарушения его работоспособности вводить обратную связь (ОС) различного типа. Обозначение ОУ в виде прямоугольника, у которого инвертирующий вход обозначается кружком,приведено на рис 6.1.

По принципу действия ОУ сходен с обычным усилителем. Как и обычный усилитель, он предназначен для усиления напряжения или мощности входного сигнала.

Свойства и параметры обычного усилителя полностью определены его схемой, а свойства и параметры ОУ определяются преимущественно параметрами цепи ОС. ОУ выполняют по схеме усилителей постоянного тока с непосредственной связью с отдельных каскадов с дифференциальным входом и биполярным по отношению к амплитуде усиливаемого сигнала выходом. Это обеспечивает нулевые потенциалы на его входе и выходе при отсутствии управляющих сигналов на его входе. ОУ характеризуется большим коэффициентом усиления, высоким входным и низким выходным сопротивлениями.

ОУ выполняются в виде монолитных интегральных микросхем и по своим габаритным размерам и стоимости сравнимы с транзисторами.

Благодаря практически идеальным характеристикам ОУ реализация различных схем на их основе оказывается значительно проще, чем на отдельных транзисторах. Поэтому ОУ вытесняют отдельные транзисторы как элементы схем во многих областях электроники.

Большинство интегральных ОУ имеет один выход. При этом выходное напряжение Uвых находится в фазе с напряжением Uвх1 и противофазно напряжению Uвх2. Напряжение, непосредственно приложенное между входами, равно разности напряжений Uвх1 и Uвх2. Это напряжение равно нулю, если Uвх1 и Uвх2 имеют даже значительные, но равные значения. Поэтому напряжения Uвх1 и Uвх2 по отношению к общей точке называются напряжениями общего вида, а их разность - дифференциальным напряжением.

Рисунок 6.1- Обозначение ОУ

 

Требования к ОУ

Входной каскад должен обладать минимально возможной величиной входного тока.

ОУ должен обеспечивать:

- максимально возможный КU разомкнутого ОУ;

- инверсию выходного напряжения, обеспечивающую реализацию ООС;

- обеспечение смещения рабочих точек транзисторов в каскадах;

- обеспечение положения «машинного нуля» в области представления выходных напряжений;

- совмещение «машинного нуля» с физическим;

- обеспечение временной и температурной стабильности «нуля».

Выходной каскад ОУ должен обеспечивать:

- малое выходное сопротивление;

- большой выходной ток (10…100)мА;

- большое выходное знакопеременное напряжение;

- малая рассеиваемая мощность в режиме покоя;

Выходной каскад должен обладать средствами защиты от короткого замыкания как на общий провод, так и на источники питания.

 







Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2024 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.