Реферат: Розрахунок вихідного двотактного трансформаторного підсилювача потужності в режимі роботи класу А або В

Міністерствоосвіти України

Львівськийтехнічний коледж

Радіотехнічний факультетКафедра електронних апаратів

/>

/>
 

На тему:’’Розрахунок вихідного двотактного трансформаторного підсилювача потужності врежимі роботи класу А або В’’

з курсу   ’’Основирадіоелектроніки’’.

Виконав студент групи 32-РТ:

Гайчук ПавлоЮрійович

Прийняв викладач:

Васін АнатолійОлексійович

Львів 2000

Зміст

.

Завд/>ання

…………………………………………….. 3 ст ‚.

Вступ

………………………………………………….. 4 ст ƒ.

Розрахунково-пояснюавльна записка

…….. 7 ст „.

Специфікація………………………………………….

16 ст ….

Графічна частина

………………………………… 18 ст †.

Аналіз і висновки

…………………………….. 20 ст ‡

Використаналітература

……………………….. 22 ст /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

   Завдання:

№ варіанта

Режим роботи

Рвх.

Вт

Кг, %

mН=mв

дБ

fH,

Гц

fB,

кГц

RН,

Ом

Тр.н.с..

С°

5

А

2,0

3,5

2,0

120

16

12

33

Завданняна курсову роботу передбачає:

1)  Вибір типутранзисторів та схеми їх включення.

2)  Визначеннянайбільшої потужності, яка виділяється в транзисторі.

3)  Розрахунокрежимів роботи транзисторів по постійному і змінному струму.

4)  Визначеннянапруги джерела живлення підсилювача

5)  5.Визначенняпотужності сигналу, яка віддається транзисторами у вибраному режимі їх роботи.

6)  Визначеннякоефіцієнта підсилення плеча каскаду по напрузі і потужності.

7)  Розрахуноккоефіцієнта нелінійних спотворень вхідного сигналу.

8)  Визначенняномінальних значень елементів схеми підсилювача і вибір 'їх типу.

9)  Електричнийрозрахунок трансформатора у вихідному колі підсилювача.

Зміст

‚   Вступ

Підсиленняелектричних сигналів – один з видів перетворенняелектромагнітної енергії, який відноситься до процесів її керування. Пристрій,який призначений для керування електричною енергією, для збільшення їїпотужності називають підсилювачем.

/> <td/> />
Структурнасхема підсилювача має вигляд:

Вхідне колопідсилювача– коло підсилювача, до якоговмикається джерело керованої енергії, якехарактеризується миттєвим значенням ЕРС (Еі) і внутрішнім опором (Zі).

Підсилювальнийелемент– активний елемент електричного кола, який має управляючу властивість(транзистори, ЕВП, ІМС).

Вихіднеколо– коло підсилювача, до якого підмикається навантаження, яке в загальномувипадку носить комплексний характер.

Джереложивлення–джерело керуючої енергії, яка петворються підсилювальним елементом в енергіюпідсилювальних сигналів. Найчастіше в якості джерела живлення використовуютьгальванічні елементи.

Підсилювачікласифікують за такими ознаками:

Ø  За характеромпідсилювального сигналу:

-   підсилювачігармонічних сигналів;

-   підсилювачідискретних сигналів.

Ø  По діапазонупідсилювальних частот:

-   підсилювачіпостійного струму;

-   підсилювачізмінного струму.

Ø  За видомелектричних параметрів підсилювального сигналу:

-   підсилювачіструму;

-   підсилювачінапруги;

-   підсилювачіпотужності.

Ø  По типупідсилювальних елементів:

-   транзисторні;

-   ІМС;

-   електровакуумні.

Ø  По типупідсилюваних сигналів:

-   аперіодичні;

-   резонансні.

Ø Попризначенню:

-   телевізійні;

-   радіомовні;

-   радіотрансляційні;

-   вимірювальні.

Властивостіпідсилювачів характеризуються технічними показниками, які регламентуютьсявідповідними стандартними. Число технічних показників визначається пизначеннямпідсилювача.

До основнихтехнічних показників відносяться:

Ø вхідні/вихідніпраметри;

Ø ККД іспоживана потужність;

Ø коефіцієнтпідсилення;

Ø амплітуднахарактеристика і динамічний діапазон;

Ø лінійні інелінійні спотворення;

Ø перехідніспотворення;

Ø шуми.

Підсилювачемпотужностіназивається підсилювач в якому вихідна потужність підсиленого сигналуспіврозмірна з потужністю, яка підводиться до колекторного кола підсилювача відджерела живлення.

Підсилювальнийкаскад– це сукупність підсилюваль-них елементів з усіма додатковими елементами, якізабезпечують заданий режим роботи.

Принциппідсилення підсилювальним каскадом на біполярних транзисторах полянає в тому,що підсилення напруги, струму або вихідної потужності відбувається за рахунокчастини енергії або потужності джерела живлення по постійному струму.

Потужнімкаскадом прийнято вважати каскад в якому транзистори віддають в навантаженняпотужність, близьку до максимально можливої. Основними вимогами, які ставлятьсядо потужних вихідних каскадів, є одержання необхідної потужності в навантаженніі її максимальний коефіцієнт корисної дії при допустимих спотвореннях сигналу.Вимога максимального ККД має найбільше значення для підсилювачів з живленнямвід автономних джерел. Максимальне підсилення – другорядна вимога, оскількинеобхідне підсилення може бути одержане в інших каскадах.

Транзистори,які стоять в підсилювачах потужності можуть працювати в режимах класів А, В,АВ.

Режим А – цетакий режим, при якому робоча точка знаходиться по середині лінійної частинипрохідної характеристики. Амплітуда вихідного струму змінюється напротязіповного періоду підсилювального сигналу. Тобто кут відсікання θ=180°

Режим В –режим з такою відсічкою, при якій вихідний струм тече практично тількинапротязі півперіода сигналу θ=90°. При цьому робоча точка лежить напочатку прохідної характеристики.

Режим АВ –проміжний режим, при якому вихідний струм протікає напротязі більш, як одногопівперіоду. Кут відсікання лежить в межах 30° < θ<180°

Вибір режимуздійснюється прикладенням відповідної напруги між базою та емітентом. В режимахкласів АВ і В можуть працювати тільки двотактні каскади.

Однотактнівихідні каскади застосовуються деколи в підсилювачах з малою вихідноюпотужністю, оскільки їх ККД не перевищує 40%

Трансформаторнідвотактні вихідні каскади в основному використовуються в режимі АВ, при якомуККД перевищує 50%. В цьому режимі втрати енергії джерелом живлення досить маліпри відсутності сигналу і підвищується з підвищенням рівня сигналу, а рівеньнелінійних спотворень більший, ніж при роботі в режимі класу А.

/>

І.  Вибір типутранзистора:

 

1) Вихідна(коливальна) потужність сигналу в колекторному колі трансформатора:

/>[Вт],

де ηт=0,8 – ККДвихідного трансформатора.

2) Потужність,яка розсіюється на колекторі транзистора:

/>,

де ηА=0,45– ККД колекторного кола транзистора в режимі роботи А (лежить в межах 0,4¸0,45).

3)Максимальнапотужність яка розсіюється на колекторі транзистора з врахуванням температуринавколишнього середовища:

/>,

де Рkmaxp. – максимальнодопустима розрахункова потужність транзистора, який вибирається.

       Трмах=+850С– максимальна температура колектор-ного переходу для германієвих транзисторів.

       Тр ном=+200С– номінальна температура, при якій значення потужності, яка розсіюється наколекторі транзистора максимальна.

       Тдс=+330С– температура довколишнього середовища

4) Розрахунковезначення граничної частоти транзистора для схеми з спільним емітером:

/>[кГц],

де Мв– визначається у відносних одиницях: Мв=Мн(дБ)=20lgМв

Мв=Мн=/>

5) Вибираємотип транзистора виходячи з умов:

/>

Вибравтранзистор ГТ403А:

fh21e=1000 кГц;

Pk<sub/>max=4 Вт (зтепловідводом).

Так, як умова Pk<sub/>maxр≤Pk<sub/>maxвиконується тільки при наявності тепловідводу, то проводжу розрахунок поверхніохолодження радіатора:

/>[см2],

де RTT=150С/Вт —величина теплового опору колекторного переходу.

6) Типвибраного транзистора та параметри вибраного транзистора:

Pk<sub/>max=4 Вт (зтепловідводом);

fh21e=1000кГц;

Ukemax=30 В;

h21e=20¸60;

Ik<sub/>max=1,25 А;

RTT=150С/Вт

ІІ.  Розрахунок режиму роботи транзистора по

постійному струму:

 

1) Напруга на колекторі транзистора врежимі спокою:

Uke0=(0.3¸0.5)Uke max = 0,3∙20 = 6 [B]

2) Напруга джерела живлення:

Ek=2.25Uke0= 2.25∙6 =13.5 [B]

3) Величина колекторного струму в режиміспокою:

/> [A]

4) Побудова ЛН_ на вихідних статичниххарактеристиках транзистора і визначчення координати робочої точки:            {Ik0; Uke0; Іб0} (див. графічну частину РИС.1):

Uke0=6 B;

Ik0=0.46 A;

Iб0≈23 mA.

5) Величинаемітрного струму в режимі спокою:

Ie0=Ik0+Iб0=0.46+23=23∙10-3+0.46=0.483[A]≈0.5 [A]

ІІІ. Розрахунокрежиму роботи транзистора

по змінномуструму:

 

1) Опірколекторного навантаження по змінному струму для одного плеча схеми:

/>[Oм]

2) Спад напруги на Rк~:

URk~=Ik0∙Rк~= 0.46∙14.4 = 6.6 [B]

3) Напруга між колектором і емітером транзистора:

Uke~=Uk0+URk~= 6+6.6 = 12.6 [B]

4) На РИС.1 наносимо точки {0, Uke~} та {Ik0, Uke0}.

5) За графіком наРИС.1 визначаємо мінімальнеі максимальне значення вихідного струму та напруги транзистора:

Ikmin=2.0mA;

Ikmax=0.88 A;

Ukemax=12.6 B;

Ukmin=2.0 B

IV.  Визначення потужності сигналу, якавіддається транзисторами у вибраному режимі їх роботи:

 

1) Потужність, якувіддає транзистор у вибраному режимі роботи:

Pk~=0.125∙(Ikmax — Ik min)2∙Rk~=

=0.125∙(0.88-2)2∙14.4= 2,26 [Bт]

2) Перевірка виконанняумови:

Pk~≥P~.

2.26>1.25 [Вт]

(умовавиконується)

V.  Визначеннякоефіцієнта підсилення плеча каскаду по напрузі і потужності:

1) На вхідній динамічній характеристиці транзисторавідкладаємо відповідні координати робочої точки і граничних точок (див графічнучастину РИС.2):

{Iб0;Uбe0}, {Iб<sub/>max;Uбe<sub/>max}, {Iб<sub/>min;Uбe<sub/>min}

Iб0= 23 mA;

Uбe0 = 0.47 B;

Iбmax = 64 mA;

Uбe max = 0.68 B;

Iбmin = 2 mA;

Uбe<sub/>min = 0.17 B.

 

2) Амплітуднізначення вхідного струму та напруги:

/>

/>

 

3) Вхідний опіртранзистора по змінному струму:

/>

4) Потужність навході підсилювача:

/>

5)  Коефіцієнтпідсилення по напрузі:

/>

KUдБ=20lg KU=26,19 [дБ]

6) Коефіцієнтпідсилення по потужності:

/>

KPдБ=10lgKP=27,49 [дБ]

VI.   Розрахуноккоефіцієнта нелінійних

спотвореньсигналу:

 

1)Формуємо наскрізнудинамічну ВАХ підсилювального елемента за сім'єю вхідних і вихідних статичниххарактеристик і навантажувальної прямої змінного струму каскадуІк=f(Ei):для цього визначаємо значення Ukeдля трьох точок (А, Р, В) по вхідних і вихідних статичних характеристикахтранзистора (див. графічну частину РИС.3).

2)Дані заносимо в таблицюі будуємо наскрізну динамічну ВАХ транзистора по табличним даним.

т. А т. Р т. В

Uke, B

2,8 6 9

Ik, A

0,66 0,46 0,26

Iб, mA

48 23 8

Uбe, B

0,6 0,47 0,36 E, B 24,6 11,97 4,36

 

3) Виділяємона наскрізній характеристиці (РИС.3) п'ятьординат — значень колекторного струму у характерних точках:

Ik min=0.26 A;

Ik сер=0.46A;

Ik max=0.66 A;

Ik1=0.36 A;

Ik2=0.56 A.

4) Амплітуднізначення 2, 3, 4 гармонік колекторного струму:

Ikm1=/>[(Ik max-Ikmin)+(Ik2-Ik1)]= />[(0.66-0.26)+(0.56-0.36)]=0.2A

Ikm2=/>[(Ik max+Ikmin)-2Ik cер]=/>[0.66+0.26-2∙0.46)]=0A

Ikm3=/>[(Ik max-Ikmin)-2∙(Ik2-Ik1)]   =   />[(0.66-0.26)-         -2*(0.56-0.36)]=0 A

Ikm4   =  />[(Ik<sub/>max+Ik<sub/>min)-4∙(Ik2+Ik1)+6∙Ik<sub/>cер]  =   />[0.92-  -4∙0.92+6∙0.46]=0A

5) Перевіряємоправильність розрахунків амплітудних значень гармонік колекторного струму^

Ik max=Ikm1+Ikm2+Ikm3+Ikm4+Ik<sub/>cер,        де

Ik cер=/>[ Ik max+Ikmin+2Ik2+2Ik1]= />[0.92+1.12+0.72]=0.46A

Ik max=0.46+0.2=0.66(Умова виконується).

6) Обчислюємозначення КГр%:

КГр%/>

7) Перевіряємовиконання умови:

КГр%≤КГ%.

0<3.5

(умовавиконується).

VII. Розрахунок елементів схемипідсилювача:

 

Елементи ланкиемітерної термостабілізаціїтранзистора:

1)  Значеннярезистора Re:

Re=/>

2)  Значеннярезисторів Re1 Re2 звичайноприймають рівним 1 Ом:

Re0=/>

Re1=Re2=1 [Oм]

3)  Вибираємо стандартне значення опорів

Rе1ст=R51ст=1 Ом;

Rе2ст=R52 ст= 1Ом;

Rе0ст=R5ст= 3,6Ом.

Елементирозв'язуючого фільтра Rфі Сф:

1)  Значеннярезистора Rф:

URф=(0.1¸0.3)Ek

URф=0.2∙Ek=0.2∙13.5=2.7[B]

IП=(3¸10)Іб0

IП=7∙Іб0=7,23∙10-3161mA

/>

 

2)  Вибір стандартного значення

Rф ст=R6ст=9.1Ом

3) Ємністьрозв'язуючого фільтру Сф

Сф≥/>[Ф]

4) Вибір стандартногозначення СФст=СЗст:

СФст=СЗст=3∙10-3[Ф]

5) Вибір робочої напруги на СФ=СЗ.Вибирається з умови:                 UCфр≥1.5∙(Ek-URф)

UCфр≥1.5∙(13.5-2.7)=16.2[B]

Елементи подільниканапруги:

1)   Значеннярезисторів R2=R4, R1=RЗ, при умові, що R2=R4≥(3¸5)Rвх VT:

R2=R4=/> [Ом]

R1=RЗ=/>[Ом]

2) Вибірстандартногозначення опорів:

R1ст=RЗст=16Ом

R2ст=R4ст=51Ом

Потужність,яка розсіюється на резисторах:

PRe0=2∙/>∙Reocm=2∙(0.5)2∙3.6≈1[Bт]

PRф=2∙(IП+Iб0)2∙Rфcm=2∙((161+23)∙10-3)2∙9,1=0,62[Вт]

PRe=PRe1=(IП+Iб0)2∙Re1cm=(0.5)2∙1=0.25[Вт]

PR1=PR3=(IП+Iб0)2∙R1cm=(184∙10-3)2∙16=0.54[Вт]

PR2=PR4=(IП)2∙R2cm=(161∙10-3)2∙51=0.98[Вт]

Вибір типурезисторів:

(Див.специфікацію)

Роздільніконденсатори:

1)   Значенняємностей роздільних конденсаторів      С1 і С2:

С1 і С2=/>[Ф]

2)Вибираємостандартне значенняконденсаторів С1ст,С2ст:

С1ст=С2ст=4,3[мкФ]

3) Робоча напруга нароздільних конденсаторах С1і С2:

UC1p,C2p≥1.5∙Ek

UC1p,C2p=1.5∙13.5=20.25[В]

Вибираємотип конденсаторів:

(Див.специфікацію)

VIII Розрахунок вихідного трансформатора:

 

1)Коефіцієнт трансформації.

n=/>

 

2) Опір первинноїі вторинної обмоток трансформатора.

r1=/>[Ом]

r2=/>[Ом]

C=0.5 – коефіцієнт, якийврахохвує наявність в первинній обмотці трансформатора постійної складовоїструму і лежить в межах (0,2¸0,7)

 

3) Індуктивність первинноїобмотки трансформатора.

L1=/>[Гн]

/>

Поз. познач.

Назва

К-ть Приміт-ки

 

Резистори

 

 

R51, R52

C2-27-0.25-1 Ом±0.5% 2 R2, R4 C2-23-1.0-51 Ом±2% 2 R1, R3 C2-23-1.0-16 Ом±2% 2 R6 C2-23-1.0-9.1 Ом±2% 1

 

 

 

 

 

Конденсатори

 

 

С1, С2 K71-3-160 B-4.3 мкФ±1% 2 С3 K71-3-160 B-3 мкФ±1% 1

Транзистори

VT1, VT2 ГТ403А 2 /> /> /> /> />

/>

/>

/>
Типовасхема двотактного трансформаторного підсилювача та транзисторах включених посхемі з спільним емітером

/>

В данійкурсовій роботі я спроектував вихідний двотактний трансформаторний підсилювачпотужності в режимі роботи класу А.

Так як в данійроботі мені було потрібно одержати максимальний коефіцієнт підсилення попотужності при коефіцієнті гармонік 4%, я вибрав схему включення транзисторівзі спільним емітером. Як відомо саме таке включення дає найбільший коефіцієнтпідсилення при, великому коефіцієнті гармонік.

Дляпідсилювача було вибрано транзистори типу ГТ403А структури n-p-n, тому длявідкриття транзисторів на їх бази потрібно подавати додатні пів хвилі відносно“землі ”.

Такяк вибраний  транзистор задовільняєпотрібній потужності лише за умови присутності радіатора, було проведенорозрахунок його площі охолодження.

Занапругу живлення було прийнято нестандартнунапругу 13,5 В, тому потрібний розрахунокфільтра.

Максимальнізначення колекторного і базового струмів не перевищують заданих для даноготранзистора в довіднику.

Розрахував,що попередній каскад повинен бути інверсний і забеспечувати вихідну напругу0,26 В і потужність 4,03 mВт. При цьому вихідна потужність буде рівна заданій,а коефіцієнт підсилення по потужності буде складати 27,49 дБ.

Розрахунковийкоефіцієнт гармонік рівний 0,  що не перевищує заданого. Тому каскад вноситьдопустимі нелінійні спотворення і не потребує введення від’ємного зворотногозв’язку.

Також булирозраховані елементи емітерної термостабілізації, елементи подільників напругизміщення робочої точки фіксованою напругою бази, роздільні конденсатори, щослужать для затримання постійної складової попереднього каскаду і частковийрозрахунок електричних параметрів вихідного трансформатора.

Список використаної літератури

1) Цыкина Г.В. Проэктированиетранзисторних усилителей низкой частоты «Связь», 1978.

2) Гершунский Б.С. Справочник порасчету електрон-ных схем «Вища школа», 1983.

3) Транзисторы широкого использования.Справочник Под ред. Перельмана. 1981.

4) Полупроводниковые приборы:Транзисторы. Справочник. Под ред. Горюнова Н.Н.

5) Р.М. Терещук, К.М. Терещук,С.А. Седов «Полупроводниковые приемно-усилительные устройства» Справочниккадиолюбителя. К.-«Наукова думка», 1987.

6). Під ред. Горюнова Н.Н.«Справочник по полупро-водниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам»«Энегния» – Москва – 1976.

7) Під ред. Горюнова Н.Н.«Справочник по полупро-водниковым диодам и транзисторам». Випуск №2 – «Энегния»– Москва – 1968.

8) Е.И. Манаев «Основырадиоэлектроники» — «Радио и связь» — 1985.

9) А.О. Васін.Конспект лекцій – ЛТК – Львів – 2000.