Uвых=Uвх*R2/(R1+R2)
Uвых/Uвх=1/2
R1=R2=2кОм
Расчет усилителя мощности
Усилитель мощности состоит из предварительного усилителя, оконечного каскада и цепи общей обратной связи.
Предварительный усилитель выполняем на операционном усилителе.
Коэффициент усиления усилителя мощности определяется как Ки=Uвых/Uвх=20/3=6, Uвх принимаем 3В.
Коэффициент усиления оконечного каскада определяем как Киок=Uвых/10=2, где 10 это выходное напряжение операционного усилителя.
Получаем коэффициент усиления ОУ без обратной связи Ки/Киок=6/2=3
Операционный усилитель выбираем по частотной характеристике при наличии обратной связи и скорости нарастания выходного напряжения во времени
Скорость нарастания выходного напряжения=2*3,14*200000*10=12,5В/мкс
Глубина обратной связи Ки=0,166
Коэффициент усиления усилителя мощности с отрицательной обратной связью
К=, где Кf=10%, коэффициент нелинейных искажений без обратной связи, -коэффициент нелинейных искажений с учетом отрицательной обратной связи. К=(10/0,2-1)/0,166=295,тогда коэффициент усиления операционного усилителя с учетом ООС Коу=295/2=147,5
Т.о на частоте 200000 коэффициент усиления ОУ Коу>43дБ
Частота среза f1>fm*Ки=1,2МГц
Данным требованиям отвечает 140УД23 с параметрами
Uп=15В, Rн=2кОм, Uвых.макс=10В, входной ток Iвх=0,2нА, частота единичного усиления f1=10МГц, Vuвых.макс=30В/мкс.
Зависимость коэффициента усиления от частоты приведена в приложении.
Для питания ОУ устанавливаем стабилизаторы на стабилитронах КС515 с
Uст=15В при токе стабилизации Iст=5мА, в этом случае падение напряжения на резисторах R будет определяться как UR=22-15=7В
IR=Iоу+Iст=10+5=15мА
R=7/15=466.6Ом
P=U*I=7*15*10^-3=0.105Вт
Расчет оконечного каскада
Выходной каскад может быть выполнен по трансформаторной и бестрансформаторной схеме. Критерием для принятия решения может служить соотношение между остаточным напряжением на транзисторе при максимальном токе нагрузки и амплитудой напряжения на нагрузке.
При следует отдавать предпочтение трансформаторному каскаду.
Выбор транзисторов для выходного каскада усилителя мощности производят по рассеиваемой в нем мощности, граничной частоте усиления и допустимым напряжениям и токам.
Для выходного каскада усилителя, работающего с двумя источниками питания, напряжение каждого источника выбирается из условия Ек=Uвых.макс+Uост
Ек=20+2=22В
Наибольшее напряжение на транзисторе в таком каскаде примерно равно удвоенному напряжению питания:Uкэюмакс=2*22=44В
Наибольшая мощность, выделяемая в каждом транзисторе выходного каскада для синусоидального сигнала равна
Определяем Rн
Ом. Тогда Рк.макс==7,85Вт
Выбор транзисторов по току
А
Частотные свойства выходных транзисторов должны соответствовать требуемой полосе пропускания всего усилителя. Граничная частота усилителя
fгр.=2…4fмакс=4*200000=800кГц
Выбираем пару комплиментарных транзисторов КТ 853-КТ829, которые имеют параметры Uкэм=45-100В, Iк=8А, Рк=60Вт,
Уточняем Uост=1,5В, тогда, Следовательно, стоит отдать предпочтение бестрансформаторному каскаду.
По полученной мощности рассчитываем площадь радиатора по формуле
=123,045кв.см
где Кт-коэффициент теплоотдачи, зависящий от материала, конструкции и способа обработки теплоотвода.
Для черненого ребристого алюминиевого теплоотвода обычно принимают Кт=0,8*10^-3Вт/С*кв.см
tп-температура перехода, обычно ее принимают на 5…10 градусов ниже предельно допустимой
tc-температура среды, максимальная температура по заданию
Rпп-тепловое сопротивление переход-корпус
Rкк-тепловое сопротивление корпус-теплоотвод.
Выбираем Iко=0,05Iк.макс=0,08А
Ток базы определяем следующим образом Iб.макс=Iк.макс/=2мА
Напряжение база-эмиттер максимальное определяет по входным характеристикам транзисторов.Uбэ=1,7В (см.приложение)
Номинальные значения резисторов базовых цепей выходных транзисторов определяем по формуле:=752Ом, где Uбэ.откр=1В
Мощность, рассеиваемая на резисторе Р==3,61мВт
Транзисторы для предоконечного каскада усилителя мощности должны иметь следующие параметры:
Uкэ.макс=32В, Iк.VT1.макс=Iб.VT3.макс=Iк.VT3.макс/=2мА, Рк.макс=Uкэ.макс*Iк.макс=0,064Вт
Этим требованиям отвечает пара комплиментарных транзисторов КТ3102-КТ3107, имеющих:Uкэ.макс=40В, Iк=100мА, Рк=150мВт,
Резисторы R8 и R9 определяют коэффициент усиления, поэтому R9/(R8+R9)=1/Киок=1/2
R9=R8
Ток через резисторы R9 и R8 должен быть на порядок больше чем ток базы выходного транзистора IR8,R9 >10Iб.ок
Uвых/(R8+R9)>10Iб.ок
Uвых/10Iб.ок>R8+R9
1кОм>R8+R9
R8=R9=500Ом
Цепь смещения рассчитываем из условия покоя каскада
Iко=0,08А
Iб.п.ок= Iко/=100мА/750=130мкА, (берем ток покоя коллектора примерно равным 100мА)
Ток базы покоя оконечного каскада является током покоя коллектора предоконечных транзисторов, т.е. Iк.VT1.п.=Iб.VT3+IR7
IR7=Uб.э.п.ок/R7=1.1/820=1.3мА(напряжение база-эмиттер покоя оконечного каскада находим по входным характеристикам транзистора VT3)
Iк.VT1.п.=1,4мА
Iб.VT1.п= Iк.п.VT1/=1.4*0.001/60=23мкА
По входной характеристике транзистора VT1 определяем напряжение база-эмиттер покоя, которое равное прямому падению напряжения на диодах.
Uпр.=Uбэ.п.=0,6В(при Iпр.>10Iб.п.VT1, Iпр.=0,23мА)
Подбираем диод КД228, имеющий следующие характеристики:
Iпр.макс=7,5А
Uпр.макс=0,65В
Рассчитаем резисторы R5 и R6
IR5=Iб.п.VT1+Iд.=0,25мА
UR5=Eк-Uб.э.п.VT1=22-0.6=21.4В
R5=21.4/0.25мА=85,6кОм
РR5=21.4*21.4/85600=0.00535Вт
Сопротивление R1 определяет входное сопротивление усилителя мощности, и должно составлять порядка 10кОм. Берем R1=47кОм, т.к. это сопротивление рекомендовано для большинства усилительных устройств.
R3=47кОм (для того чтобы не было разбаланса)
РR1=Uвх^2/Rн=0,1914мВт
PR3=6.148мВт
Сопротивление R2 определяет коэффициент передачи УМ в целом,
мы задались =1/Ки=0,15
R2/(R2+R3)=0.15
R2=8294Ом
Напряжение на инвертирующем входе равно напряжению на неинвертирующем и равно 3В
Р=U^2/R=0.001Вт
Конденсатор С1 выбираем из условия, что C1 и R1 высокочастотный фильтр первого порядка, =R1*C1>1/2**fн
С1=0,17мкФ
2=C2*R2>1/2**fн
С2=6мкФ
Расчет источника питания
VT1
VD1-VD4
Напряжение на выходе выпрямителя Uвых.выпрям=Uост+Uвых.макс. Выбираем Uост=2В, тогда Uвых.выпрям.=22+2=24В
Напряжение пульсаций на конденсаторе фильтра берется в пределах 10% от рабочего напряжения, и равно
Тогда С==2560мкФ
С учетом напряжения пульсаций Uвых.выпр=24+4=28В
Т.о. мы получили напряжение на выходе выпрямителя при самом низком напряжении в сети (-15%), тогда на уровне 220В мы будем иметь напряжение
28/0,85=33В
а при максимальном напряжении сети (при +10%)
33*1.1=36.3В
Т.о. рабочее напряжение мы выбрали правильно.
Сформируем требования к трансформатору:
Выбираем трансформатор ТПП259 с габаритной мощностью Р=31Вт
Выбираем диоды для мостового выпрямителя по следующим параметрам
Данным параметрам удовлетворяем диод Д202 с параметрами
Проведем расчет стабилизатора напряжения
В качестве транзистора VT1 берем мощный транзистор, который должен иметь параметры:
Выбираем те же транзисторы что и для усилителя мощности, КТ853,КТ829.
Транзисторы для дифференциального каскада стабилизатора должны иметь следующие параметры:
Берем транзисторы КТ3102,КТ3107, которые имеют следующие характеристики
В качестве элемента, задающего опорное напряжение стабилизатора, выбираем стабилитрон КС191Ж с напряжением стабилизации
Рассчитаем значения резисторов, входящих в каскад.
Рассчитаем значеня резисторов делителя напряжения. Ток делителя на порядок выше чем ток базы транзистора VT3
Резистор R4 позволяет подстроить номинал напряжения, т.е. из 220кОм 10% уйдет на подстройку, т.о. R4=22кОм
R5+R3=198кОм
R3/R5=1/2
R3=66кОм
R5=132кОм
Список литературы
1 Гудилин А.Е. Руководство к курсовому проектированию по электронным устройствам автоматики. Методические указания.Челябинск.1985
2 Гендин Г.С. Все о резисторах.-М.:Телеком,2000
3 Перельман Б.Л. Полупроводниковые приборы. Справочник.- М.:Микротех.1996
Страницы: 1, 2
