SAEU-kurs
.pdf
Проверим граничную частоту ПТ IRFD210:
Зависимость тока стока от напряжения затвор-исток.
Из ВАХ IRFD210 видно, что ток стока драйвера Iст.др=0.02 А имеет место при Uзи=4.391 В. Зависимость крутизны от напряжения затвор-исток.
11
Среднее значение крутизны ПТ IRFD210
S . = 0.162 A/B
срдр
Необходимая граничная частота ПТ оконечного каскада
f |
= (100 300) F |
= (100 300) 16 = 1600 4800 кГц |
гран.треб |
вч |
|
Допустимая частота ПТ IRFD210
Cзат. ср = 2 CGD0 + 2 CGS0 = 2 939 + 2 1223 = 4324 пФ
fгран = |
S |
= |
0.162 |
= 5.96 мГц |
ср |
||||
2 π C |
2 3.14 4324 10−12 |
|||
|
зат.ср |
|
|
|
Граничная частота ПТ IRFD210 больше необходимой. Транзистор IRFD210 подходит по всем параметрам.
Расчитаем коэффициент усиления и входное напряжение предоконечного каскада.
Коэффициент усиления предоконечного каскада
Ku |
= S |
|
R = 0.162 14517 = 2352 |
|||
др |
ср.др |
н~др |
|
|
|
|
Входное напряжение предоконечного каскада |
||||||
Umвх.др = |
Umвых.др |
31.625 |
= 0.013 В |
|||
|
|
= |
|
|||
|
Kuдр |
2352 |
||||
4. Выбор транзистора для входного каскада
Выбор транзистора производится по следующим параметрам:
a.Допустимой мощности, рассеиваемой на стоке транзистора
b.Допустимому току стока
c.Допустимому напряжению сток-исток транзистора
Входное сопротивление усилителя
R . . = (5 ~ 10) R = 6.818 1100 = 7.5 кОм
вхус ист
Требуемый коэффициент усиления усилителя
Ku |
= |
Umвых.ок |
= |
28.463 |
= 142.315 |
|||||
|
|
|
|
|||||||
треб.ус |
Umвх |
0.2 |
|
|||||||
Требуемая глубина ООС |
|
|
|
|
||||||
F* |
= |
Kг.ок |
= |
21 |
|
= 350 |
|
|||
K |
|
|
||||||||
треб |
|
0.06 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
гтз. |
|
|
|
|
|
|
|
|
12
Исходя из этого найдём коэффициент усиления первого каскада, требуемый для удовлетворения техническому заданию.
|
|
|
|
Ku |
F* |
142.315 |
350 |
= 23.5 |
|
Ku |
|
= |
треб.ус треб |
= |
|||||
|
|
2352 0.9 |
|||||||
|
1треб |
|
Kuдр Kuок |
|
|||||
Ток стока ПТ первого каскада |
|
|
|
||||||
Iст |
= 0.5 Iст др = 0.5 0.02 = 0.01 А |
|
|
||||||
|
|
01 |
|
|
0 |
|
|
|
|
Рассеиваемая мощность на ПТ первого каскада |
|
|
|||||||
Uси |
= (9 ~ 12) В= 10 В |
|
|
|
|||||
|
|
01 |
|
Uст = 0.01 10 = 0.1 Вт |
|
|
|||
Pст |
= Iст |
|
|
||||||
|
|
01 |
01 |
01 |
|
|
|
|
|
Напряжение питания первого каскада |
|
|
|
||||||
E |
п |
= E + E = 36 + 36 = 72 В |
|
|
|
||||
|
|
п1 |
п2 |
|
|
|
|
|
|
Требуемые допустимые параметры транзистора первого каскада:
Iст01доп ≥ Iст01 |
= 0.01 А |
Pст01доп ≥ Pст |
= 0.1 Вт |
01 |
|
Uси доп ≥ Eп = 72 В
01
Выбираем транзистор MPF9200 (Uси.доп=200 В; Iст.доп=0.4 А; Ррас.доп=0.6 Вт)
Зависимость тока стока от напряжения затвор-исток
13
Зависимость крутизны от напряжения затвор-исток
Рассчитаем коэффициент усиления первого каскада:
S = 0.048 A/B
01
Напряжение питания равно
Eп = URст + Uси + URдр + URист
Отсюда
URст = Eп−Uси−URдр −URu = 72 −10 −1.5 − 7.2 = 53.3 В
Следовательно
R3 = Rст = UI Rст = 53.30.01 = 5330 Ом
ст
01
Коэффициент усиления первого каскада
Ku1 = S01 R3 = 0.048 5330 = 255.84
Ku = 255.84 > Ku |
= 23.5 |
|
1 |
1треб |
|
Полученный коэффициент усиления первого каскада значительно больше требуемого.
III. Расчёт электрической схемы
1. Электрический расчёт оконечного каскада
a. Расчёт выходных показателей |
|
Известно, что Eп1=Еп1=36 В, что соответствует стандарту ГОСТ. |
= R = 4.5 Ом |
Сопротивление нагрузки плеча каскада по переменному току R |
|
н~пл |
н |
Статическая ВАХ транзистора 2SK512 |
|
14
Uост = 5.82 В
Imст = 6.702 А
Umзи = 5.8 В
Проверим, подходит ли данный ПТ по предельно допустимым эксплуатационным
параметрам.
Pст0 = 0.101 URси2 = 0.101 364.52 = 29.088 Вт
н
Требуемые допустимые параметры транзистора оконечного каскада:
Im = 6.702 А< Im = 12 А
ст стдоп
Pст0 = 29.088 Вт< Pст0доп = 125 Вт
Eп = 72 В< Uси.доп = 500 В
ПТ 2SK512 подходит по всем параметрам.
Статическая ВАХ транзистора IRF9130
15
Uост = 4.002 В
Imст = 7.115 А
Umзи = 6.15 В
Проверим, подходит ли данный ПТ по предельно допустимым эксплуатационным параметрам.
Pст0 = 0.101 URси2 = 0.101 364.52 = 29.088 Вт
н
Требуемые допустимые параметры транзистора оконечного каскада:
Im = 7.115 А< Im = 12 А
ст стдоп
Pст0 = 29.088 Вт< Pст0доп = 88 Вт Eп = 72 В< Uси.доп = 100 В
ПТ 2SK512 подходит по всем параметрам.
С небольшим технологическим запасом выбираем U = 6 В
ост
Тогда амплитуда выходного напряжения
Umвых = Eп1 −Uост = 36 − 6 = 30 В
Отсюда в нагрузке будет обеспечиваемая мощность
Pн = 0.5 Imст Umвых = 0.5 7.115 30 = 106.725 Вт
У ПТ 2SK512 ток немного меньше, поэтому условно будем считать Pн = 100 Вт
16
По всем трём параметрам подходят оба транзистора.
В соответствии с полученным P = 29.088 Вт ПТ необходимо применять с радиатором.
ст
0
b. Расчёт входных показателей Проходная ВАХ транзистора 2SK512
Как видно из проходной характеристики, Iст0=509мА, уменьшение тока приведёт к увеличению Кг при малом сигнале. Однако для получения большего КПД при большом уровне сигнала ток выбираем из условия:
I ≤ 0.04 Im = 0.04 6.325 = 0.253 мА
ст ст
0
Так как ток и так уже значительно меньше полученного из характеристики, ещё сильнее уменьшать для получения большего КПД чревато усилением коэффициента гармоник при малых сигналах, поэтому выбираем ток Iст = 0.250 мА
0
Согласно проходной ВАХ, напряжение смещения должно быть равно U |
= 3.7 В , а |
|
|
зи |
|
|
0 |
|
максимальное напряжение затвор-исток U |
= 5.8 В. |
|
зи.max |
|
|
Отсюда амплитуда напряжения сигнала между затвором и истоком оконечных ПТ равна:
Umзи = Uзи.max −Uзи = 5.8 − 3.7 = 2.1 В
0
Амплитуда напряжения на входе оконечного каскада, то есть на выходе драйвера
Umвых.др = Umвх.ок = Umвых +Umзи = 30 + 2.1 = 32.1 В
Коэффициент усиления оконечного каскада будет равен
17
Ku = Umвых = 30 = 0.935
ок Umвх 32.1
2. Электрический расчёт предоконечного каскада
Найдём сопротивление нагрузки драйвера по переменному току. В выходной цепи драйвера используется эффект “вольт-добавки” за счёт “вольт-добавочной” ёмкости С8=Свд. Для этого сопротивление в выходной цепи драйвера разделено на два резистора: R10 и R11. За счёт С8 резистор R10 подключён параллельно Rн, поэтому его следует выбирать из условия
R10 ≥10 Rн; R10 = 11.33 4.5 = 51 Ом
Выбираем в соответствии со стандартом ГОСТ R10 = 51 Ом.
При этом резистор R11, за счёт С8, по переменному току включается параллельно электродам З-И оконечных ПТ и определяет их входные сопротивления. Следовательно с одной стороны, его следует выбирать побольше
R11 |
>> R10 |
|
R11 |
= (50 ~ 100) R10 = 2550 ~ 5100 Ом |
|
Однако сильное увеличение R11 приводит к уменьшению I |
и выводит режим работы |
|
|
ст.др |
|
ПТ драйвера на сильно нелинейную часть проходной ВАХ, что недопустимо.
Для драйвера был специально подобран ПТ, который при малом токе стока ещё находится на сравнительно линейном участке ВАХ и имеет при этом наибольшую крутизну ВАХ по сравнению с аналогичными ПТ. Этот ПТ имеет большое входное сопротивление.
Из схемы видно, что
Eп1 = UR10 +UR11 +Uзи03
В силу сказанного выше пренебрегаем UR |
и получим |
||||||
|
|
|
|
|
|
10 |
|
UR |
= E −Uзи = 36 − 3.7 = 32.3 В |
|
|||||
11 |
п1 |
03 |
|
|
|||
Отсюда имеем |
|
|
|
|
|||
R |
= |
UR11 |
|
= |
32.3 |
= 1615 Ом |
|
Iстдр |
|
|
|||||
11 |
|
0.02 |
|
|
|||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
Выбираем в соответствии со стандартом ГОСТ R11 = 1600 Ом.
При наличии “В-Д” сопротивление нагрузки драйвера по переменному току
Rн~др = Rвх3ок = R11(1+ Sср Rн) = 1615(1+1.617 4.5) = 13370 Ом
Далее найдём амплитуду тока стока VT2.
|
|
|
U |
. |
|
|
U |
mвх.ок |
|
32.1 |
|
||||
I |
m~др |
= |
|
|
mвыхдр |
= |
|
|
= |
|
|
= 2.4 мА |
|||
|
|
|
|
|
|
13370 |
|||||||||
|
|
|
|
Rн~др |
|
|
|
|
Rн~др |
|
|||||
Поскольку |
I |
= 20 мА> I |
m~др |
= 2.4 мА, то режим АВ для драйвера осуществим и |
|||||||||||
|
|
|
|
|
ст0др |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ток стока драйвера оставляем таким же.
Далее найдём мощность, рассеиваемую на стоке VT2. Напряжение Uси02 равно
18
Uси |
= Uси др = E |
−Uзи = 36 − 3.7 = 32.3 В |
|||
02 |
0 |
п2 |
|
03 |
|
Отсюда мощность, рассеиваемая на стоке VT2 равна |
|||||
Pст.др = Iст др Uси |
= 0.02 32.3 = 0.646 Вт |
||||
|
0 |
02 |
|
|
|
Максимальное напряжение, которое действует между стоком и истоком VT2 |
|||||
Uси max = E |
+ E |
+UC8 |
−UR −Uост |
||
2 |
п1 |
п2 |
|
|
12 |
Напряжением на резисторе R12 можно пренебречь, UC8=34В, отсюда получаем: |
|||||
Uси max = E |
+ E |
+UC8 −Uост = 36 + 36 + 35 − 6 = 101 В |
|||
2 |
п1 |
п2 |
|
|
|
Проверим, подходит ли ПТ IRFD210 по предельным эксплуатационным параметрам: |
|||||
Iст0др = 0.02 |
А< Iст0др.доп = 0.6 А |
||||
Pстдр = 0.646 Вт< Pстдр.доп = 1 Вт |
|||||
0 |
= 101 В< U |
0 |
= 200 В |
||
U |
|
||||
си2max |
си.доп |
|
|
||
Транзистор IRFD210 по все параметрам подходит.
Далее найдём значение ёмкости конденсатора “В-Д”. Постоянная времени цепи “В-Д”
τвд = C8(Rн + R10 )
Эта постоянная цепи “В-Д” должна быть в несколько раз больше самого большего периода сигнала. Поэтому
C8(Rн + R10 ) ≥ 6 |
1 |
|
|
|
|
||
F |
|
|
|
|
|||
|
|
|
нч |
|
|
|
|
Отсюда находим С8 |
|
6 |
|
||||
C8 ≥ |
|
6 |
|
|
= |
= 2589 мкФ |
|
(R + R ) F |
(4.5 + 47) 45 |
||||||
|
н |
10 |
нч |
|
|
|
|
Выбираем в соответствии со стандартом ГОСТ выбираем С8=2700 мкФ
Найдём сопротивления в цепи смещения оконечного каскада.
Uсм = UR = 2 Uзи |
= 2 3.7 = 7.4 В |
||||
|
12 |
|
03 |
|
|
R12 = |
UR12 |
= |
7.4 |
|
= 370 Ом |
I |
0.02 |
|
|||
|
ст др |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
Выбираем в соответствии со стандартом ГОСТ R12 = 360 Ом.
Для дальнейшего расчёта необходимо определить напряжение смещения драйвера Uзи02 и крутизну ПТ драйвера Sдр в точке покоя при Iст0др=20мА.
19
Зависимость тока стока от напряжения затвор-исток.
Из ВАХ IRFD210 видно, что ток стока драйвера Iст.др=0.02 А имеет место при Uзи=4.391 В. Зависимость крутизны от напряжения затвор-исток.
Из этих характеристик вино, что Uзи02=4.391 В, а крутизна Sдр=0.162 А/В Тогда коэффициент усиления драйвера будет равен
20