Приклад попереднього (ескізного розрахунку) ПНЧ

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 13Следующая ⇒

5.1.4.1 Вихідні дані:

1) необхідна потужність на виході ПНЧ Р_вих = 2,5 Вт;

2) опір навантаження R_н= 5 Ом;

3) напруга джерела вхідного сигналу U_вх = 60 мВ;

4) внутрішній опір джерела сигналу R_дж = 250 Ом;

5) схема з трансформаторним зв’язком;

6) діапазон частот f _н = 50 Гц, f _в = 20000 Гц.

Вважаємо, що ПНЧ працює в стаціонарних умовах. Температура оточуючого середовища: Т_min = + 15°С; Т_max = + 25^оС.

5.1.4.2 Необхідно визначити:

1) коефіцієнт підсилення ПНЧ за потужністю К_р;

2) тип схеми вихідного (кінцевого) каскаду;

3) типи транзисторів каскадів підсилення;

4) кількість каскадів підсилення (структурну схему ПНЧ);

5) орієнтовну електричну принципову схему ПНЧ.

5.1.4.3 Порядок розрахунку

5.1.4.3.1 Знаходимо потужність вхідного сигналу.

Найбільша потужність віддається в навантаження, коли його опір дорівнює внутрішньому опору джерела. Тоді

, (5.1)

де R_вх – вхідний опір першого каскаду ПНЧ (R_вх = R_дж).

Маємо

Вт.

5.1.4.3.2 Знаходимо потрібний коефіцієнт підсилення за потужністю.

У загальному випадку рівність R_вх = R_дж не виконується, а величина опору навантаження ПНЧ не дорівнює опору кінцевого каскаду. Тому на вході та виході ПНЧ можуть бути застосовані узгоджувальні трансформатори, на яких буде губитися частина потужності корисного сигналу. Крім того, в ПНЧ звичайно застосовують регулятори рівня вихідного сигналу, що також викликає деяке зниження потужності сигналу.

Керуючись цим, коефіцієнт підсилення за потужністю розраховують за такою формулою:

, (5.2)

де – ККД вхідного трансформатора, задається у межах (0,7...0,8);

– ККД вихідного трансформатора, задається у межах (0,75...0,85);

К _рег – коефіцієнт передачі регулятора рівня сигналу, задається у межах (0,3...0,5).

.

Коефіцієнт підсилення за потужністю у децибелах:

, (5.3)

дБ.

5.1.4.3.3 Попередньо вибираємо схему, тип підсилюючих приладів та орієнтовну величину коефіцієнта підсилення за потужністю вихідного каскаду. При цьому зважаємо на наступні рекомендації:

1) при розрахунковій потужності вихідного каскаду до 50 мВт доцільно використовувати однотактну схему з малопотужним транзистором в режимі класу А;

2) за потужністю, що перевищує 50 мВт, треба застосовувати двотактну схему, режим якої (клас АВ або В), потужність транзисторів (мала, середня чи велика) визначаються з огляду на певне значення Р _вих _.

Тип транзистора вихідного каскаду вибираємо за величиною максимально допустимої потужності, що розсіюється на його колекторі. Для цього знаходимо потужність, яку транзистор повинен віддати у навантаження:

(5.4)

а потім знаходимо потужність, що споживається колекторним ланцюгом від джерела живлення:

1) для однотактного каскаду в режимі класу А:

(5.5)

де – коефіцієнт завантаження транзистора (приймається рівним 0,8);

2) для двотактного каскаду в режимі класу АВ або В:

(5.6)

де – ККД вихідного каскаду (для однотактного каскаду приймається приблизно 0,4, а для двотактних – від 0,6 до 0,7).

У нашому випадку Р _вих = 2,5 Вт > 50 мВт, тому в якості вихідного каскаду вибираємо за умовами двотактну трансформаторну схему підсилення, для якої

Вт;

Вт.

За знайденим значенням Р_K вибираємо тип транзистора вихідного каскаду з табл. 5.2 або з довідника [4]. При цьому необхідно виконувати умови:

Р_Kмакс > Р_K; f_h21E >> f_в. (5.7)

де Р_Кмакс – максимально допустима потужність, що розсіюється на колекторі вибраного транзистора;

f_h21E – гранична частота коефіцієнта передачі струму для вибраного типу транзистора в схемі з СЕ.

Таблиця 5.2 – Основні параметри деяких транзисторів

Тип транзисто- ра Струк-тура Р_Кмакс, мВт h_21E (b) f_h21E, МГц Граничний режим Клас за потуж-ністю

U_Кмакс, В I_Кмакс, мА

КТ 361 Г КТ 3107 Е КТ 315 Г p-n-p p-n-p n-p-n 50-350 120-220 50-350 Малої потуж-ності

КТ 502 В КТ 503 В p-n-p n-p-n 40-120 Середньої потуж-ності

КТ 814 А КТ 816 А КТ 815 А КТ 817 А p-n-p p-n-p n-p-n n-p-n (10000) (25000) (10000) (25000) >40 >20 >40 >20 Великої потуж-ності

*) У дужках наведено потужність з додатковим тепловідводом

Вибираємо транзистор типу КТ815А з параметрами:

Р_Kмакс = 1,0 Вт > 0,67 Вт; f_h21E = 3 МГц >> 20 кГц.

У цьому випадку транзистор можна використовувати без додаткового охолодження (тепловідводу).

5.1.4.2.4 Вибираємо схему каскадів попереднього підсилення.

Для попереднього підсилення, як правило, використовують підсилювачі з СЕ.

У якості активного елемента застосуємо малопотужний транзистор КТЗ15 n-p-n типу, бо для вихідного каскаду також було обрано транзистор n-p-n типу.

5.1.4.2.5 Знаходимо орієнтовну кількість каскадів m та складаємо структурну схему ПНЧ.

За певних умов можна вважати, що кожний каскад підсилювача за схемою з СЕ забезпечує підсилення потужності приблизно на 20 дБ.

Тоді

(5.8)

Вибираємо значення m найближче до більшого цілого, тобто m = 4. Структурна схема ПНЧ наведена на рис. 5.1, де цифрами 1-3 позначено каскади попереднього підсилення, а цифрою 4 – вихідний (кінцевий) каскад.

5.1.4.2.6 На основі структурної схеми, з урахуванням вище наведених міркувань складаємо орієнтовну принципову схему ПНЧ, що наведена на рис. 5.2.

У цій схемі каскади попереднього підсилення виконано на транзисторах VT1- VT3, а кінцевий – на транзисторах VT4,VT5. Резистор R₉ є регулятором рівня вихідного сигналу. Конденсатор С₁₀ – фільтр напруги живлення ПНЧ, а RС -фільтр (R₁₄С₇) забезпечує додаткову фільтрацію напруги живлення каскадів попереднього підсилення (забезпечує виконання умов електромагнітної сумісності). Величина опору резистора R₁₄ зазвичай складає декілька десятків Ом.

5.1.4.2.7 Якщо для вихідного каскаду обрати безтрансформаторну схему, то з формули (5.2) треба вилучити величини η_Твх і η_Твих.

Тоді матимемо:

дБ,

Отже, m = 4.

Оскільки безтрансформаторні кінцеві каскади найчастіше будуються на основі каскадів з СК, що не мають підсилення за напругою, то можна вважати величину їх підсилення за потужністю рівною 10 дБ. У такому разі підсилення чотирикаскадної схеми складає:

> 62 дБ,

що відповідає завданню.

Орієнтовну електричну принципову схему безтрансформаторного ПНЧ наведено на рис. 5.3. Тут, для забезпечення живлення кінцевого каскаду від однополярного джерела, його підмикання до передкінцевого каскаду і до навантаження здійснюється через конденсатори С ₈_, С ₁₀ (ємність С ₁₀ за великої потужності навантаження складає тисячі мікрофарад).

Транзистор VT5 повинен мати такі ж параметри, як і VT4, але бути протилежного типу провідності: вибираємо транзистор КТ814А p-n-p типу, комплементарний до КТ815А.

Кінцевий каскад працює в режимі класу АВ, що визначається подачею в режимі спокою на базу транзистора VT4 напруги зміщення (-U_R16 /2), а на базу транзистора VT5 напруги зміщення (+ U_R16 /2). Величина опору резистора R ₁₆ набагато менша за опір резисторів R ₁₅ і R ₁₇ (падіння напруги на ньому становить близько 1,5 В), тому напруга зміщення ± U_R16 /2 визначається струмом дільника I» E_К / (R ₁₅ + R ₁₇ ) та її можна вважати рівною I·R₁₆/2. Невелике значення напруги зміщення визначає незначний (десятки міліампер) наскрізний струм транзисторів VT4 і VT5. Струм у навантаженні при цьому відсутній. Оскільки величина опору R ₁₆ незначна, можна вважати, що за змінним струмом бази транзисторів VT4 і VT5 з’єднані.

Рис. 5.2 – Трансформаторний ПНЧ. Схема електрична принципова

Рис. 5.3 – Безтрансформаторний ПНЧ. Схема електрична принципова

Для забезпечення кращої температурної стабільності кінцевого каскаду іноді замість резисторів R 15 - R 17 застосовують 2-3 діоди, до того ж розміщують їх (приклеюють) на тому ж тепловідводі, що й транзистори VT4 і VT5. Тоді зі змінами температури транзисторів (що викликає зміну контактної різниці потенціалів база-емітер) будуть пропорційно змінюватись і напруги зміщення транзисторів.

5.1.4.2.8 Отримані в результаті попереднього розрахунку дані є основою для остаточного розрахунку ПНЧ.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒

Date: 2015-06-11; view: 509; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...

mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.007 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию