6.5. Порядок расчета

6.5.1. Определяем параметры нагрузки:

а) ток нагрузки

б) напряжение на нагрузке

6.5.2. Определяем электрические параметры выходного трансформатора:

а

Рис. 11

) к.п.д. трансформатора определяется по графику (рис.11):

;

б) мощность условной первичной обмотки трансформатора

в) амплитудное значение напряжения первичной обмотки

где ∆U_кэ – минимальное остаточное напряжение на транзисторах, принимаем равным 0.5 В;

г) амплитудное значение тока первичной обмотки

д) коэффициент трансформации выходного трансформатора

n_вых =

6.5.3. Определяем электрические параметры транзисторов:

а) мощность, рассеиваемая на коллекторах

Р_{к наиб} = 0.2; Р₁ = 0.2 ∙ 44.5 = 8.9 Вт;

б) амплитудное значение тока коллектора

I_кm = I_1m = 6.95 A;

в) максимальное напряжение на транзисторах

U_{кэ m} = 2 E_к = 2 ∙ 12 = 24 B.

6.5.4. Производим выбор транзисторов.

Для установки в схему выбираем транзистор типа П210В со следующими основными параметрами.

Максимально допустимый ток коллектора I_{к макс. доп.} = 12 А.

Максимально допустимое напряжение коллектор – эмиттер U_{кэ макс. доп.} = 40 В.

Коэффициент усиления β ≥ 10.

Тепловой ток коллектора I_{к 0} ≤ 15 мА (20⁰ С).

6.5.5. Определяем параметры входной цепи каскада:

а) амплитуда входного тока транзисторов

б) амплитуда входного напряжения, соответствующего I_бm, определяется по входной характеристике транзистора (если входная характеристика отсутствует, приближенно полагаем U_{эб m} = 0.5 В):

U_{эб m} = 0.5 В;

в) мощность входного сигнала усилителя

Р_вх =

6.5.6. Определяем коэффициент усиления каскада по мощности

К_Р =

6.6. Задание для самостоятельной работы

Произвести расчет двухтактного усилителя мощности на транзисторах. Исходные данные для расчета приведены в табл.10.

Таблица 10

Напряжение источника питания Ек, В	Мощность нагрузки Рн, Вт
	5	10	15	20	25	30
9	1	2	3	4	5	6
12	7	8	9	10	11	12
18	13	14	15	16	17	18
24	19	20	21	22	23	24
30	25	26	27	28	28	30

Сопротивление нагрузки принять согласно табл.11.

Таблица 11

Номер группы	Сопротивление нагрузки Rн , Ом
1	200
2	250
3	300
4	350

Тема 7. Расчет транзисторных усилителей, работающих в режиме переключения

7

Рис. 12

.1. Схема усилителя

Схема усилителя, работающего в режиме переключения, показана на рис.12.

7.2. Задача расчета

Определить номинальные значения сопротивлений всех резисторов, входящих в схему (R₁, R₂, R₃); определить нагрузки на полупроводниковые приборы; сделать выбор полупроводниковых приборов; определить входную мощность Р_вх и коэффициент усиления усилителя по мощности К_Р .

7.3. Исходные данные для расчета

В качестве исходных данных для расчета задаются параметры нагрузки, характер нагрузки (активная либо активно – индуктивная), напряжение источников питания Е_к и смещения Е_см.

В качестве исходных данных для примера расчета принимаем следующие параметры:

Р_н = 50 Вт;

Е_к = – 24 В;

Е_см = + 6 В.

Нагрузка активно – индуктивная.

7.4. Условия расчета

Рассматривается расчет всех электрических цепей, необходимых для управления выходным транзистором V₂. При этом исходим из предположения, что ключевой режим работы транзистора V₁ обеспечивается частью схемы усилителя, предшествующей входным зажимам, показанным на рис.12.

Выполнение расчетов тепловых режимов работы транзисторов не предусмотрено с целью уменьшения объема расчетного задания.

7.5. Порядок расчета

7.5.1. Определяем параметры нагрузки:

а) ток нагрузки

б) сопротивление нагрузки

7.5.2. Расчет параметров и выбор выходного транзистора V₂

а) определяем коллекторный ток транзистора V₂ в режиме насыщения

I_{к2 нас} = I_н = 2.08 A;

б) определяем напряжение на транзисторе V₂ в закрытом состоянии

U_{кэ2 макс} = Е_к = 24 В;

в) для установки в схему выбираем транзистор типа П213 со следующими параметрами.

Максимально допустимый ток коллектора

I_{к макс доп.} = 5 А.

Максимально допустимое напряжение эмиттер – коллектор

U _{кэ макс доп.} = 45 В.

Тепловой ток коллектора

I_{к 0} (20⁰ С) = 0.15 мА.

Остаточное падение напряжения на открытом транзисторе

∆U_кэ = 0.5 В.

Коэффициент усиления по току

β = 20 50.

7.5.3. Расчет цепи напряжения транзистора V₂:

а) определяем величину тока базы транзистора V₂ в режиме насыщения

I_{б2 нас} =

где К_нас – коэффициент насыщения, принимается равным 1.4 1.6;

б) определяем полное сопротивление цепи насыщения, состоящее из суммы сопротивлений резисторов R₁ и R₂,

R_нас = R₁ + R₂ =

где U_{эб2 нас} – падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора V₂ в режиме насыщения. Определяется по входной характеристике транзистора. При отсутствии справочных данных можно приблизительно полагать U_{эб нас} ≈ 0.5 В – для германиевых транзисторов и U_{эб нас} ≈ 1 В – для кремниевых;

в) определяем сопротивление резисторов R₁ и R₂, полагая, что R₁ = 0.8R_нас;

R₂ = 0.2R_нас:

R₁ = 0.8R_нас = 0.8 ∙ 151 = 121 Ом;

R₂ = 0.2R_нас = 0.2 ∙ 151 = 30 Ом.

7.5.4. Расчет параметров и выбор управляющего транзистора V₁:

а) определяем максимальный коллекторный ток транзистора (в состоянии насыщения)

I_{к1 нас} =

б) определяем максимальное напряжение на коллекторе транзистора V₁ (в состоянии отсечки)

U_{кэ1 отс.} ≈ Е_к

в) для установки в схему выбираем транзистор типа МП – 25А со следующими основными параметрами.

Максимально допустимый ток коллектора I_{к макс доп} = 400 мА.

Максимально допустимое напряжение коллектор – эмиттер U_{кэ макс доп} = 40 В.

Остаточное падение напряжения на открытом транзисторе ∆U_{кэ нас} В.

Коэффициент усиления β = 20

7.5.5. Расчет цепи запирания транзистора V₂:

а) задаемся величиной запирающего напряжения на базе транзистора V₂

U_{зап 2} = 0.2 В;

б) определяем величину падения напряжения на резисторе R₂, необходимого для запирания транзистора V₂,

U = U_зап2 + ΔU_{кэ1 нас} = 0.2 + 1 = 1.2 В;

в) определяем величину тока, проходящего через резистор R₂, когда транзистор V₂ находится в состоянии отсечки,

I =

г) проверяем условие I < I_{к1 нас}:

0.04 < 0.2;

д) определяем величину тока, протекающего через резистор R₃, когда транзистор V₂ находится в состоянии отсечки,

I = I + I_{к 0 V} = 40 + 0.2 = 40.2 мА;

е) определяем падение напряжения на резисторе R₃

U = E_см – U_зап2 = 6 – 0.2 = 5.8 В;

ж) определяем сопротивление резистора R₃:

R₃ =

7.5.6. Расчет параметров входного сигнала:

а) определяем входной ток, необходимый для перевода транзистора V₁ в режим насыщения,

I_вх = I_{б1 нас} =

б) определяем напряжение входного сигнала по входной характеристике транзистора V₁ (при отсутствии справочных данных принимаем приближенно U_вх ≈ 0.5 В)

U_вх ≈ 0.5 В;

в) определяем мощность входного сигнала

Р_вх = U_вх I_вх = 0.5 ∙ 0.015 = 0.0075 Вт;

г) определяем коэффициент усиления каскада по мощности

К_Р =

7.5.7. Расчет параметров диода V₃.

Диод V₃ вводится в схему лишь в том случае, если нагрузка имеет активно – индуктивный характер (обмотка реле и т.п.), и служит для замыкания тока самоиндукции силового транзистора. В противном случае э.д.с. самоиндукции неизбежно вызывает пробой транзистора, что приводит к выходу его из строя.

Расчет параметров и выбор диода V₃ производится в следующем порядке:

а) определяется максимальное напряжение на диоде V₃

U_{a3 макс} = E_к = 24 B;

б) определяем максимальную величину тока диода V₃

I_{a3 макс} = I_{н макс} = 2.08 А;

в) для установки в схему выбираем диод типа Д303 со следующими основными параметрами.

- Максимально допустимый выпрямленный ток (среднее значение)

I_{а макс доп.} = 3.0 А.

- Максимально допустимое обратное напряжение

U_{обр макс} (20⁰ С) = 150 В;

U_{обр макс} (10⁰ С) = 50 В.