Магнитные цепи Электрические машины

Теория цепей. Магнитные цепи Основы теории электромагнитного поля

Расчет 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.

Трехфазные цепи Основные определения трехфазных систем. Трехфазные генераторы. Способы соединения фаз трехфазного источника. Способы включения приемников в трехфазную цепь. Анализ четырехпроводной цепи при соединении приемников "звездой". Анализ трехпроводной цепи при соединении приемников "звездой". Анализ трехфазной цепи при соединении приемников "треугольником". Мощность трехфазных цепей.
Расчет однотактного каскада усилителя мощности