Analoginių įtaisų kursinis KTU

Skaičiuojamojo-paaiškinamojo rašto turinis

1. Įvadas 2. Apytikrė stiprintuvo skaičiuotė ir elementinės bazės parinkimas 3. Struktūrinės ir principinės schemos sudarymas 4. Pilna principinės schemos skaičiuotė bei elementų parinkimas, prisilaikant standarto 5. ADCH skaičiuotė 6. Stiprintuvo konstrukcijos aprašymas 7. Ekvivalentinė schema 8. Užduotyje nurodytų ir apskaičiuotų stiprintuvo parametrų ir charakteristikų palyginimas 9. Detalių specifikacija10. Naudotos literatūros sąrašas11. Turinys

Įvadas

Projekto tema: Garsinio dažnio betransformatorinis galios stiprintuvasProjekto užduotis Nr. 10 duomenys: stiprinamų dažnių juosta [pic]=190 Hz —6,5 kHz ; leistinas tiesinių iškraipymų koeficientas [pic]; netiesiniųiškraipymų koeficientas [pic] % ; (signalo šaltinio) įėjimo įtampa es=[pic] = 190 mV ; išėjimo galia Piš=2,1 W ; stiprintuvo įėjimo varža Rin(1,0 k( ; apkrova Ra=6 ( ; signalo šaltinio vidaus varža Rš= 1,0 k(

Be transformatoriai galios stiprintuvai naudojami įvairiuoseradiotechniniuoseįrenginiuose garsinio dažnio signalams stiprinti (dažnių juosta nuo 5 Hziki 80 kHz, nominali išėjimo galia iki 200 W ). Lyginant sutransformatoriniais galios stiprintuvais, BGS turi nemažai pranašumų :jiemsne reikalingas išėjimo transformatorius, todėl sumažėja stiprintuvomatmenys, masė , dažniniai iškraipymai . Be to , tokie stiprintuvaiekonomiškesni ir pigesni. Jų išėjimo varža artima apkrovai, todėl nereikiapapildomai suderinti varžų. Jie turi didesnį naudingumo koeficientą, šistiprintuvą galima pagaminti kaip mikroschema . Skaičiuojant stiprintuvą pirmiausiai parenkama stiprintuvo schema irtranzistorių tipai, apskaičiuojami visi schemos elementai, stiprintuvoįėjimo varža ir įtampa. Skaičiuojant tranzistorinės pakopas, būtinaatkreipti dėmėsi į tai, kad tranzistorių parametrų, ypač srovės stiprinimokoeficiento sklaida labai didelė. Labai tiksliai apskaičiuoti schemoselementus nebūtina, nes svarbiausi schemos elementai , ypač grįžtamojoryšio grandinėse , parenkami derinant stiprintuvą. BGS schemų dabar yralabai įvairių. Jos turi skirtingas įėjimo, tarpines bei galines pakopas.BGS galėsime sugrupuoti taip: -stiprintuvai su komplementiniais tranzistoriais -stiprintuvai su sudėtiniais komplementiniais tranzistoriais

-stiprintuvai su sudėtiniais kvazikomplementiniais tranzistoriais. Stiprintuvų pavadinimuose atsispindi galinės pakopos sandara.

[pic]

Apytikrė stiprintuvo skaičiuotė ir elementinės bazės parinkimas

Maitinimo šaltinio skaičiuotė

Betransformatorinio stiprintuvo maitinimo įtampa E, apkrovoje Raišsiskirianti galia Pa yra tiesiogiai susijusios priklausomybe

P=ξ2E2/8∙Ra (1) Čia ξ – įtampos panaudojimo koeficientas

ξ=2∙Ukmax/E≈2∙Uamax/E (2)

čia Uamax – įtampos apkrovoje amplitudė kai Pa ir Ra yra žinomos, pakopos maitinimo įtampa apskaičiuojamaremiantis (1). Emiterio grandinėse yra stabilizuojantieji rezistoriaiR9=R10; patartina parinkti R9=R10=0,05Ra ir ξ≈0,95 ,tada R9=R10=0,05∙6=0,3Ωšiuo atveju apytikslė formulė bus

E≈[pic] , ir E≈11,25 V

Galinės pakopos kolektorinės grandinės skaičiuotė

Laikoma kad ξ=1.Tuomet remiantis (2) išraiška, emiterio įtampa

Ukmax3≈Uamax≈E/2 Ukmax3≈11,25/2≈5,6 V

Maksimali įtampa tarp kolektoriaus ir emiterio

Ukemax3≈E Ukemax3≈11,25 V

Kolektoriaus srovės impulso amplitudė

Ikmax3≈E/2Ra Ikmax3≈11,25/(2∙6)≈0,937 A

Kolektoriaus srovės nuolatinė dedamoji

Ikvid3=Ikmax3/π Ikvid3=0,937/3,14=0,3 A

Iš maitinimo šaltinio naudojama galia

P03=E2/2πRa P0=11,252/2π6=3,36 W

Maksimali kolektoriaus išsklaidoma galia

Pkmax=E2/4π2Ra≈Pa/4 Pkmax=2,1/4=0,525 W

Laikome, kad I0k darbo taške lygus nuliuiTranzistorių VT3 ir VT4 ribinis dažnis fh21e3=2∙fa=3∙6,5=19,5 kHz

Galinės pakopos tranzistorių parinkimas

Remdamiesi Ukemax, Ikmax, Pkmax, fh21e reikšmėmis parenkame galinėspakopos tranzistorius. Iš žinynų parenkamos komplementinės tranzistoriųporos su maksimaliu srovės stiprinimo koeficientu.

Parenkame tranzistorius KT814A(p-n-p) ir KT815A(n-p-n) Ukem=25 V ; Ikm=1,5 A ; Pkm=1 W ; fh21e=3 MHz

h21emin=40 iš čia h21e3=40

Tranzistoriai su labai dideliu h21e turi nedidelį fh21e ir mažesnįstiprintuvo stiprinimą aukščiausią dažnį. Todėl trečioji pakopa būnasiaurajuostė, bet fh21e3≈(2…3)fajei šita sąlyga netenkinama , tarp bazės įtampos ir kolektoriaus srovėsatsiranda fazių skirtumas,pablogėja pakopos energetinės charakteristikos(sumažėja Pa , padidėja P03).

Jei trečioji pakopa tenkina ši sąlyga, tai pirmosios ir antrosios pakopųtranzistoriai turi tenkinti sąlyga

fh21e1≈fh21e2≈10Ffa ,čia F – NGR gilumas fh21e1≈fh21e2≈10∙32∙6500=2,8 MHz iš galinės pakopos tranzistoriaus išėjimo charakteristikų surandamebazės srovės amplitudė reikšmę Ibmax3=18 mA, Ikmax3=937 mA ir liekamąjąįtampą Ukemin3=0,25 V. Patiksliname ξ Uamax=Ra∙ Ikmax3=6∙0,937=5,62 V ξ=2∙ Uamax/E=2∙5,62/11,25=0,999

nes ξ>0,85 tai energetinės charakteristikos neperskaičiuojamos.

Galinės pakopos tranzistoriaus bazės grandinės skaičiuotė

Ibmax3=18 mA

Pb3≈Pa/h21e3 ≈2,1/40≈0,052 W≈52 mW

Antrojo tranzistoriaus kolektoriaus grandinės skaičiuotė

Tranzistoriaus VT2 atiduodama galia

Pk2=(1,1…..1,2)Pb3 Pk2=1,1∙52=57,2 mW

Nes dalis energijos sunaudojama priešįtampio grandinėse Kolektoriaus srovės amplitudė

Ikmax2=1,1∙Ibmax3 Ikmax2=1,1∙18=19,8 mA

Tranzistorius VT2 dirba A klasės režimu. Jo Ikvid2=Ik2 ,apytikriai

Ik2=1,1∙E/2∙Ra∙h21e3 Ik2=1,1∙11,25/2∙6∙40=25,8 mA

Maksimali kolektoriaus srovė

Ikm2= Ik2+ Ikmax2≈2∙ Ik2 Ikm2=2∙25,8=51,6 mA

Kolektoriaus įtampos amplitudė

Ukmax2≈E/2 Ukmax2≈11,25/2≈5,6 V

Maksimali įtampa tarp kolektoriaus ir emiterio

Ukem2≈E Ukem2≈11,25 V

Iš maitinimo šaltinio sunaudojama galia

P02=E∙Ik2 P02=11,25∙25,8=290 mW

Kolektoriuje išsklaidoma galia

Pk2=6Pa/h21e3 Pk2=6∙2,1/40=0,315 W=315 mW

Ribinis dažnis fh21e2≈10∙F∙fa ≈10∙32∙6500≈2,08 MHz

R8=E/2∙Ik2 R8=11,25/2∙25,8=218 Ω

Antrojo tranzistoriaus parinkimas

Remiantis apskaičiuotomis Ikm , Ukemax2 , Pk2 , fh21e2 reikšmėmis ,parenkamas tranzistorius VT2 .Ikmax2=19,8 mA ; Ukem2≈11 V ; Pk2 =315 mW ; fh21e2=2,08 MHz

Parenkame : Tranzistorius КТ501B (p-n-p)

fh21e2=5 MHz ; Ikmax=300 mA ; Ukem=15 V ; Pk =350 mW ; h21emin=80 irh21emax=240

iš čia h21e2=( h21emin+ h21emax)/2=(80+240)/2=160

Antrojo tranzistoriaus bazės grandinės skaičiuotė

Kintamosios bazės srovės amplitudė randama iš charakteristikų arbaapytikriai iš formulės Ibmax2≈Ikmax2/h21e2 Ibmax2≈19,8/160≈0,124 mA

Iš žinyno surandame tranzistoriaus įėjimo varžą. Dėl to , kad šioduomens neturime, galime tarti , kad Rin2 lygi keliems šimtams omų, tarkim

kad Rin2=500 Ω Rezistoriaus varža

R4≈(10…20)Rin2 R4≈10∙500≈5000 Ω≈5 kΩ

Bazės kintamos įtampos amplitudė

Ubmax2=Ibmax2∙Rin2 Ubmax2=0,124∙500=61,9 mV

Bazės grandinės sunaudojama galia

Pb2=0,5∙Ubmax2∙Ibmax2 Pb2=0,5∙61,9∙0,124=3,84 mW

Pirmojo tranzistoriaus kolektoriaus ir bazės grandžių skaičiuotė bei tranzistoriaus parinkimas

Šių grandžių skaičiuotė tokia pat kaip ir antrojo tranzistoriaus. Naudingoji galia

Pa1=(1,1…1,2)Pb2 Pa1=1,1∙3,84=4,22 mW

Kolektoriaus kintamos srovės amplitudė

Ikmax1≈(1,1….1,2)Ibmax2Ikmax1≈1,1∙0,124≈0,136 mA

Nuolatinė kolektoriaus dedamoji Ik1>Ikmax1,dėl to kad Ikmax1<<1 mA,tai

Paimsim Ik1=2 mA

Iš maitinimo šaltinio naudojama galia

P01≈Pk1=E∙Ik1 P01=11,25∙2=22,5 mW

Kolektoriaus srovės maksimali reikšmė

Ikm≈2∙Ik1 Ikm≈2∙2≈4 mA

Maksimali įtampa tarp emiterio ir kolektoriaus

Ukemax≈E/2 Ukemax≈11,25/2≈5,6 V

Ribinis dažnis fh21e1≈10∙F∙fa ≈10∙32∙6500≈2,8 MHz

Šių duomenų pakanka tranzistoriai parinkti.

Parenkame tranzistorių

Ikmax1=4 mA ; Ukem1≈5,6 V ; Pk2 =22,5 mW ; fh21e2=2,08 MHz

Tranzistorius KT342A (n-p-n) :

fh21e2=250 MHz ; Ikmax=50 mA ; Ukem=30 V ; Pk =250 mW ;h21emin=100 irh21emax=250 iš čia h21e=( h21emin+ h21emax)/2=(100+250)/2=175Bazės grandinės srove

Ib1≈Ik1/h21e1 Ib1≈2/175≈0,012 mA

MGR grandinės skaičiuotė

Pirmiausia pagal nurodytą netiesinių intermoduliacinių ir dinaminiųiškraipymų koeficientų dydį nustatomas grįžtamojo ryšio gylis F=1+β∙K≈30

Rezistoriaus R6 varža

R6≈h21e2h21e3Ra/F R6≈160∙40∙6/30=1280 Ω=1,28 kΩ

Stiprinimo koeficientas ir įėjimo varža priklauso nuo santykių R6/R5.Didėjant stiprinimui, mažėja įėjimo varža, todėl dažniausiai parenkamaR6/R5=20…100 , turi būti išlaikoma sąlyga Ra<>1 kΩ(144 kΩ)

Literatūra

1. A.Regekskis Betransformatorių galios stiprintuvų apskaičiavimas2. Л.Е.Варакин Бестрансформаторные усилители мощности (1984)3. Г.С.Остапенко Усилительные устройства (1989)4. Г.С.Цыкин Усилительные устройства (1971)5. Усилительные устройства (под редакцией О.В.Головина 1993)6. Д.Ф.Шафер Регулировка, испытания и проверочные расчеты транзисторныхусилителей (1971)7. Г.В.Войшвило Усилительные устройства (1983)8. Н.И.Овсяников Креьнивые биполярные транзисторы9. Справочник.Полупроводниковые приборы.(под редакцией А.В. Голомедова)1,2 Т

———————–Ra

Garsinio dažnio betransformatorinio galios stiprintuvo struktūrinė schema

Ekvivalentinė schema

Tranzistorius VT3

Tranzistorius VT1

Signalo šaltinis

㙒഍畒഍ㅩ഍ൾ഍഍植ശ唍驩ല唍驩഍䭩ള植㍥഍扩ള植㉢഍扩റ植൩植ഴ植ㅥ഍㕩഍楕഍R6

Uiš2

Uiš

iK3

ie3

ib3

ib2

ib1

ie1

ie2

rb1

re2

rb2

rb3

re3

TranzistoriusVT2

Apkro-va