Контрольная по физике Биполярный транзистор Расчёт электрических фильтров Типовые задачи с решениями Схема мостового выпрямителя с фильтром Расчет однофазного трансформатора

Курсовая по электронике Проектирование электронных устройств Типовые задачи

РАСЧЁТ ОДНОТАКТНОГО КАСКАДА УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ

Данные для проектирования

Pвых - выходная мощность каскада,

Rн - сопротивление нагрузки,

fн-fв - диапазон усиливаемых частот,

Mн - коэффициент частотных искажений на нижней частоте,

Еп - ЭДС источника питания.

На рис.1.1 приведена схема усилительного каскада.

Рис. 1.1. Схема каскада усиления

Дано: Рвых = 20 Вт; RН = 4 Ом; fн – fв = 12 кГц; fн = 70 Гц; МН = 1,1; 

ЕП = 24 В.

1.1. ПОРЯДОК РАСЧЕТА

1. Распределяют по цепям частотные искажения.

.

Выходной трансформатор: MН = 1,14.

Цепь эмиттерной стабилизации: MН = 1,08.

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

2. Вычисляют мощность сигнала, отдаваемую транзистором

hтр - КПД выходного трансформатора.

КПД выходного трансформатора из таблицы 1.1 принимаем равным

hтр = 0,82.

Р≈ = Рвых / hтр = 20 / 0,82 = 24,4 Вт.

3. Находим мощность, выделяемую на транзисторе при kA = 0,035…0,45. Принимаем коэффициент использования транзистора kA = 0,2.

 = 24,4 / 0,4 = 61 Вт.

4. Ориентировочно определяют падение напряжения на активном сопротивлении первичной обмотки трансформатора и на сопротивлении RЭ

DU=URт.1+UR.Э = (0,2…0,3)Eп = 0,25 ∙12 = 3 В.

5. Наибольшее возможное напряжение на транзисторе

UКЭ.М = (Eп – DU)/(0,4…0,45) = (24 – 3)/0,42 = 50 В.

По двум параметрам P0 и Uкэ.м выбираем транзистор p-n-p КТ818ВМ с Uкэ.м = 60 В; Iк.м = 15 А; PК.доп. = 100 Вт; β = 20; fh21э = 3 МГц из таблицы: «Параметры транзисторов».

Проверяем транзистор по частоте, при этом:

 = 12 / 26 кГц.

где FВ - верхняя граничная частота усилителя;

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

 

Рис. 1.2. Выходные характеристики условного транзистора

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

Uк.э.о = EП – DU = 24 – 3 = 21 В,

Iк.о= Р0 / Uк.э.о = 61/ 21 = 2,9 А.

При отсутствии в справочниках выходных характеристик выбранного транзистора строим нагрузочную характеристику по аналогии с рис. 1.3 (прямая 1).

7. Определяем рабочий участок нагрузочной прямой 1.

Для чего задаемся величиной остаточного напряжения (Uост = 2 В). Наименьший ток коллектора из рис. 3 Iк.min = 1 А (получился из условия симметрии c IKM относительно точки О, рис. 1.3).

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

8. Из построения определяем:

 Uк.m= Uкэ.о – Uост = 21 – 2 = 19 В - амплитуда выходного напряжения; 

 Iк.m= IКМ − IK0 = 4,8 – 2,9 = 1,9 А - амплитуда выходного тока.

Соблюдается условие IК.М £ Iк.доп = 15 А.

9. Вычисляют мощность сигнала, отдаваемую транзистором

 Rкп = UКЭ.М/I = 50 / 5 = 10 Ом - сопротивление нагрузки переменному току; I - точка пересечения нагрузочной прямой с осью ординат.

PТ = 0,125 (4,8 – 1)2 ∙10 = 18 Вт.

Что меньше, чем Р≈ = 24,4 Вт.

Увеличиваем наклон нагрузочной прямой (увеличиваем I до 7,5 А - прямая 2, рис. 1.3) и вычисляем PТ с новыми параметрами.

RКП = UКЭ.М/I = 50 / 7,5 = 6,7 Ом;

PТ = 0,125 (7,2 – 1,5)2 ∙ 6,7 = 27,2 Вт.

Теперь PТ > Р≈ (PТ не должна превышать Р≈ более чем на (20…30) %).

Нагрузочная прямая не должна выходить из области допустимой мощности. При UКЭ0 = 21 В и IK0 = 4,3 А

PКМ ≈ PК0 = UКЭ0 IK0 = 21 ∙ 4,3 = 90,3 Вт.

PКМ < PК.доп. = 100 Вт.

10. Диапазон изменения входного тока (тока базы) при β = 20:

Iб.м = Iк.м / b = 7,2 / 20 = 0,36 А.

Iб.min = Iк.min / b = 1,5 / 20 = 0,075 А.

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 ∙ 0,36 / 8 = 0,126 Вт; 

 Rвх.тр = Uбэм / Iб.м = 0,7 / 0,36 = 1,94 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 = 4,3 А:

URЭ =(0,5…0,3)DU = 0,4 ∙ 3 = 1,2 В;

RЭ = URЭ / IК0 = 1,2 / 4,3 = 0,28 Ом.

14. Определяют емкость конденсатора в цепи эмиттера. При fН = 70 Гц

СЭ = 10 / (2 p fн RЭ) = 10 / (2 p ∙ 70 ∙ 0,28) = 0,081 Ф.

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

RВХ.К. = Rвх.тр + β ∙ RЭ = 1,94 + 20 ∙ 0,28 = 7,5 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. = 7,5 Ом.

Эти резисторы включены параллельно. Их общее сопротивление равно

R2-ВХ.К. = R2 / 2 = 7,5 / 2 = 3,75 Ом.

Начальный ток базы

Iб.0 = IK0 / β = 4,3 / 20 = 0,215 А.

Падение напряжения на R2

UR2 = R2 ∙ IK0 = 7,5 ∙ 0,215 = 1,6 В.

Напряжение на R1

UR1 = ЕП – UR2 = 24 – 1,6 = 22,4 В.

R1 = UR1 ∙ R2 / UR2 = (22,4 ∙ 7,5) / 1,6 = 105 Ом;

16. Вычисляют коэффициент усиления каскада по мощности

Кр = Pвых / Pвх = 20 / 0,126 = 159.

17. Коэффициент трансформации выходного трансформатора

 = = 0,73.

18. Сопротивление обмотки выходного трансформатора:

Rт.1 = 0,5 RКП (1 – hт) = 0,5 ∙ 6,7(1 – 0,82) = 0,60 Ом;

Rт.2 = Rт.1 ∙ К2 = 0,6 ∙ 0,732 = 0,32 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 КТ818ВМ из справочника RТТ = 1 оС/Вт.

1618 см2.

21. Находим емкость СВХ

СВХ = 10 / (2 p fн R2-ВХ.К.) = 10 / (2 p ∙ 70 ∙ 3,75) = 0,006 Ф = 6000 мкФ.


Двухкаскадный усилитель с RC-связью