Расчет частотных и мощностных параметров усилителя
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Емкости межкаскадных связей Ср1, Ср2 предназначены для гальванической развязки (исключение влияния между каскадами по постоянному току) между датчиком и первым каскадом и, дальше между каждым из каскадов по всему тракту усиления. Емкость Сэ предназначена для исключения обратной связи по переменному току в каскадах усиления. Расчет указанных емкостей осуществляется по следующим формулам:

 

             

 

 

            

 

 

                 

                                                         

Определение мощностных параметров усилителя. Если усилитель имеет несколько каскадов и функции предпоследнего и последнего каскадов состоят в усилении сигналов по мощности, то в конце расчета необходимо оценить мощностные показатели последних каскадов усилителя. Выходную мощность каскада рассчитывают по формуле

                                                          

Полную мощность, расходуемую источником питания, оценивают по формуле

        

Коэффициент полезного действия каскада определяют из выражения

                                   

 

ЛЕКЦИЯ 12

Расчет усилителя мощности

При расчете усилителя мощности обычно требуется выбрать транзисторы, напряжение питания и рассчитать основные параметры выходного каскада, обеспечивающего выходную мощность Рн на нагрузке Rн, работающего в диапазоне частот Fн - Fв Гц при коэффициенте частотных искажений Мн дБ и, по необходимости, построить зависимости отдаваемой Pm и потребляемой Po мощности каскада от уровня входного сигнала.

В качестве схемы усилителя мощности можно выбрать бестрансформаторный вариант, который представлен на рисунке 38.

 

 


Рисунок 38 – Схема бестрансформаторного усилителя мощности

 

Первым этапом находят допустимую мощность рассеяния на коллекторе:

Допустимая мощность рассеяния на коллекторе равна:

                                                           

Граничная частота усиления находится по формуле:

                                             

 Для определения амплитуды выходного напряжения и тока используются выражения:

                                          

                                                           

= 0,8 0,95 – коэффициент использования источника питания по напряжению;

Найдем напряжение питания:

                                                       

Находится предельно допустимое коллекторное напряжение:

Ukдоп ³   По этим параметрам выбирают транзисторы для оконечного каскада, например, VT1(n-p-n)- КТ805АM и VT2(p-n-p)- КТ837А  ниже приведены их параметры:

Ikmax = 5 (A)                                                        

Uкэmax = 70 (B)

Pkmax = 30 (Bт) с теплоотводом

Pkmax = 1 (Bт) без теплоотвода

h21 = 15

Входной ток транзистора VT1(VT2) найдем, учитывая его коэффициент передачи тока h21 = 15

I1(2)вх m = I kmaх/ h21

Выбор источника питания:

Е ³ 2(Uэкмах)+Uнас

Uнас - коллекторное напряжение, при котором транзистор входит в

режим насыщения (определяется по справочным данным и

составляет Uнас = (0,5...2), В).

Величину напряжения питания округляют до большего значения и выбирают необходимое из ряда напряжения питания.

Ряд напряжения питания

Еп, В   5 6 9 12 15 24 30 48 100 150

Графоаналитический метод. Находят:

Uкэ= Еп/2 (B)                     

Iкп/2Rн (A)

В системе координат выходной характеристики строится треугольник мощности: прямая Uнач. отсекает область существенной нелинейности токов базы, от Uнач. откладывается величину Uкэ, затем соединяют точки Iк и Uкэ. Далее строится Рк доп- нагрузочная кривая, которая в данных расчётах не должна заходить в область треугольника мощности, но максимально приближаться к нему. Если кривая заходит в область треугольника мощности, транзисторы должны работать с радиаторами.

Определяют рабочую область по входной характеристике.

Определяем глубину ООС:

F=1+g21*Rн , где g21 усреднённая крутизна характеристики транзистора.

F=95,2

Рассчитаем делитель напряжения для выходного каскада:

Iдел=(3¸5)Iбmin;  

Iдиода= Iдел+Iб0

Падение напряжения на диоде должно составлять: 2Uэб0=1 B

В связи с таким падением напряжения на диоде - необходимо включение одного диода КД510А для обеспечения требуемого падения напря­жения.

Расчёт входного сопротивления с учётом ООС:

;  где ;

Расчитаем амплитудные значения на входе:

;   

                  

Найдем емкости конденсаторов С1 и С2:

 Распределим частотные искажения поровну между входом и выходом:

М = Мвх · Мвых, тогда:

.

Отсюда:

Найдем выходную (отдаваемую) мощность:

Найдем потребляемую от источника питания мощность для номинального режима:

Расчет можно считать завершенным.

 


ЛЕКЦИЯ 13

Ключевые схемы

 

Основная функция ключа – замыкание нагрузки на некоторый источник тока. Простейшим ключом является - механический. Электронный ключ, в отличие от механического, замыкает нагрузку на источник питания под воздействие электрического сигнала, который в момент времени t приходит на управляющий электрод транзистора- базу. Идеальный ключ должен в разомкнутом состоянии представлять бесконечно большое сопротивление, а в замкнутом положении нулевое сопротивление.

Простейшая ключевая схема, выполненная на биполярном транзисторе, показана на рисунке 39. В выходной цепи этой схеме последовательно включены источник питания Е, резистор Rк и биполярный транзистор, а выходным напряжением служит напряжение между коллектором и эмиттером Uкэ. Для управления выходным током транзистора (током коллектора Iк) во входной цепи последовательно включены между базой и эмиттером источник напряжения Uб и токоограничивающий резистор Rб. Источник постоянного напряжения Ебэ в отсутствии импульса обеспечивает режим отсечки транзистора, когда его коллекторный ток Iк минимален, а выходное напряжение Uкэ максимально («ключ» разомкнут). Импульсный источник напряжения во входной цепи выполняет функцию управляющего сигнала. С появлением на базе положительного импульсного напряжения определенной амплитуды переводит транзистор со структурой n-p-n в режим насыщения. В режиме насыщения в выходной цепи протекает максимальный ток, а выходное напряжение Uкэ становится минимальным («ключ» замкнут). В данной схеме транзистор включен по схеме с общим эмиттером, но кроме нее в ключевых схемах используют также схемы включения транзистора с общей базой и с общим коллектором.

Ток в коллекторной цепи Iк и напряжение на выходе Uкэ определяются, с одной стороны, выходными характеристиками транзистора, а, с другой стороны, нагрузочной прямой. Выходные характеристики транзистора представляют собой семейство зависимостей тока Iк от Uкэ, каждая из которых соответствует некоторому определенному постоянном току базы Iб. Используя второй закон Кирхгофа для коллекторной цепи, можно записать, что напряжение между коллектором и эмиттером равно:   

Uкэ = E - Iк*Rк                                                               

 

             
I б
 
         Rк
     

 

 


 


U б

Рисунок 39 –Схема электронного ключа

 

В отсутствии входного импульсного напряжения транзистор находится в режиме отсечки, поэтому в базовой и коллекторной цепях протекает только тепловой ток коллектора Iкбо. Но тепловой ток Iкбо коллекторного перехода мал (для маломощных транзисторов Iкбо равен единицы мкА и менее), а поэтому выходное напряжение Uкэ ключевой схемы равно E.                                                                            

Для входной цепи по закону Кирхгофа можно записать, что

Ебэ = Iб* Rб + Uбэ =Iкбо* Rб + Uбэ

Для осуществления режима отсечки транзистора со структурой n-р-n необходимо, чтобы напряжение Uбэ было бы равно или меньше нуля. Отсюда определяются требования к минимальной величине напряжения источника смещения Ебэ.min при выбранном транзисторе (Iкбо) и резистора Rб в базовой цепи, которое должно быть

Ебэ.min ³ Iкбо * Rб

С приходом отпирающего импульса транзистор переходит из режима отсечки в режим насыщения, когда эмиттерный и коллекторный переходы смещаются в прямом направлении. Так как напряжения на р-n переходах при прямом смещении малы, то в первом приближении транзистор в режиме насыщения можно представлять в виде эквипотенциальной точки и максимальный ток коллектора, который называют током насыщения транзистора, равен

Iкн = (E- Uкэ.нас)/Rк @ E/Rк

Из этого следует, что ток насыщения транзистора не зависит от параметров транзистора, а определяется внешними параметрами ключевой схемы (Е и Rк). В режиме насыщения ток Iб базы транзистора должен быть больше некоторой величины Iбн, которую называют током насыщения базы. Когда ток базы Iб равен току насыщения базы Iбн, то транзистор находится строго на границе активного режима - режима насыщения. В таком режиме ток коллектора связан с током базы через коэффициент усиления b, т. е. Iкн=b*Iбн. Поэтому ток насыщения базы Iбн определяется как:

Iбн = Iкн /b = E / b* Rк

Отсюда следует

Eбэ / Rб > E/b*Rк

 

Данное соотношение позволяет определить величину резистора Rб, при котором обеспечивается режим насыщения транзистора при заданных источниках напряжения

Rб. £ (b* Eбэ/E)* Rк

Работу транзистора в режиме насыщения характеризуют степенью насыщения s, под которой понимают отношение тока в базовой цепи к току насыщения базы:

s = Iб  / Iбн

В реальных ключевых схемах транзисторы работают со степенью насыщения s=(1,5–3), когда полное время переключения ключевой схемы оказывается минимальным. Задаваясь степенью насыщения транзистора s и принимая во внимание разброс величины коэффициента усиления транзистора (bmin - bmax), условие насыщения можно представить в виде:

Rб. £ (bmin/s)*[(E1 - Eбэ)/E]* Rк

Реальная ключевая схема работает на нагрузку, сопротивление Rн которой конечно. Величина нагрузки Rн определяет выбор резистора Rк в коллекторной цепи транзистора. Когда транзистор находится в режиме отсечки, то сопротивления Rк и Rн образуют делитель напряжения относительно напряжения источника питания. Отсюда напряжение Uн на нагрузке определяется как:

Uн = [Rн /( Rн + Rк)] * Е

Чтобы выходное напряжение Uнэ минимально отличалось от напряжения источника питания Е, сопротивление Rк в коллекторной цепи должно быть меньше сопротивления Rн нагрузки. Обычно его выбирают из условия:

Rк  £ 0,1 Rн

Таким образом, транзистор в ключевой схеме, находясь в стационарном состоянии (ключ выключен или включен), работает либо в режиме отсечки, либо в режиме насыщения. Время переключения из одного режима в другое определяется процессами накопления и рассасывания неравновесных зарядов в базе и коллекторе транзистора, эмиттерном и коллекторном переходах.



ЛЕКЦИЯ 14

Дата: 2019-02-19, просмотров: 311.