Расчет выпрямителя расчет транзисторного усилительного каскада синтез логических схем (стр. 4 из 6)

А

Ориентировочное значение обратного напряжения на вентиле

U_{обр m} > 1,045 U_{d н}.

Принимаем U_{обр m} = 1,1·1,045U_{d н};

U_{обр m} = 1,1·1,045·160 = 183,92 В.

По справочным данным выбираем тип вентиля. В данном случае подходит диод типа Д215А (6 вентилей, по одному вентилю в каждом плече моста), который имеет следующие параметры: номинальный прямой ток I_{а н} = 10 А; прямое падение напряжения U_а = 1 В; допустимое обратное напряжение U_{обр доп} =200 В; среднее значение обратного тока I_обр = 3 мА.

1.3.3 Выбор и расчет схемы фильтра

В трехфазных схемах выпрямления средней и большой мощности наиболее целесообразно использовать сглаживающий фильтр с индуктивной реакцией, т. е. начинающийся с дросселя. Необходимый коэффициент сглаживания фильтра с учетом явления коммутации

где k _{п вх} – коэффициент пульсаций на выходе вентильной группы.

Для трехфазной мостовой схемы выпрямления Ларионова k_п = 0,057. Тогда коэффициент сглаживания

S = (1,5,...,2,0)

= 20,5.

Так как S>20 выбираем Г-образный LС-фильтр.

Для схемы Ларионова f_о.г = 300 Гц. Рассчитываем минимальное значение индуктивности дросселя, Гн

Гн.

Определяем значение емкости конденсатора, мкФ

.

Ф.

1.3.4 Расчет выпрямителя

Прямое сопротивление вентиля, Ом

Ом.

Коэффициенты для значений сопротивлений дросселя и трансформатора определяются в зависимости от мощности выпрямителя:

R_т = 0,043R_н,

R_т = 0,043·10 = 0,43 Ом;

r_др = 0,046R_н,

r_др = 0,046·10 = 0,46 Ом.

Индуктивное сопротивление рассеивания обмотки трансформатора

Ом.

Напряжение холостого хода для схемы Ларионова

U_{d х.х} = 160 + 16(2

´ 0,1 + 0,43 + 0,46 + ) = 180,65 В.

Параметры трансформатора (с учетом выбранной схемы Ларионова):

– напряжение на вторичной обмотке

U₂ = 0,43U_{d х.х};

U₂ = 0,43 · 180,65 = 77,68 В;

– коэффициент трансформации

.

– ток вторичной обмотки

I₂ = 0,82 I_dн;

I₂ = 0,82·16 = 13,12 А;

– ток первичной обмотки, A

.

– типовая (габаритная) мощность трансформатора

S_тр = 1,045 U_{d н}· I_{d н};

S_тр = 1,045·160 ·16 = 2 675,2 Вт.

Проверим нагрузочную способность выбранных вентилей, определив максимальное значение обратного напряжения:

U_{обр m}= 1,045 U_{d х.х} ;

U_{обр m}= 1,045·180,65 = 188,78 В.

U_{обр m}< U_{обр доп} ;

U_{обр доп} = 200 В.

Следовательно, тип вентилей и схема их включения выбраны правильно.

Внешнюю характеристику выпрямителя (рис. 1.11) U_d = f (I_d), которая представляет собой прямую линию, строим по двум точкам: точке холостого хода (U_d = U_{d х.х} , I_d = 0) и точке номинальной нагрузки (U_d = U_{d н}, I_d = I_{d н}).

Рисунок 1.11 – Внешняя характеристика выпрямителя

2. Расчет транзисторного усилительного каскада

В процессе выполнения задания необходимо определить:

– положение рабочей точки покоя и соответствующие ей значения токов I_б0, I_к0, I_э0 и напряжений U_бэ0, U_кэ0;

– диапазон изменения входного ±U_mвх и выходного ± U_mвых напряжения;

– значения сопротивлений резисторов R₁, R₂, R_э, R_к и емкости конденсаторов C_э, C_р1 и C_р2;

– параметры усилительного транзисторного каскада: входное R_{каск вх} и выходное R_{каск вых} сопротивления, коэффициенты усиления по току K_I, напряжению K_U и мощности K_P.

Тип биполярного транзистора для усилительного каскада МП41А. Предельно допустимые и h_б-параметры транзисторов приведены в таблице 2.1. Напряжение источника питания E_к =13,5 В.

Таблица 2.1 – Выбор типа биполярного транзистора

Номер варианта	Тип транзистора	h-параметры				Предельные значения
		h11б,Ом	h12б	h21б	h22б,См	Uкэ, В	Iк, мА	Pдоп, мВт
23	МП41А	25	2×10-3	-0,98	1×10-6	15	40	150

Усилитель – это электронное устройство, управляющее потоком энергии, идущей от источника питания к нагрузке. Причем мощность, требующаяся для управления, как правило, намного меньше мощности, отдаваемой в нагрузку, а формы входного и выходного сигналов совпадают.

В усилительном каскаде на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером , в коллекторную цепь транзистора включен резистор R_к, с помощью которого формируется выходное напряжение.

Рисунок 2.1 – Схема транзисторного усилительного каскада с эмиттерной стабилизацией рабочего режима

Делитель напряжения на резисторах R₁ и R₂ определяет значение тока базы I_б0, обеспечивающего положение рабочей точки покоя Р_т в режиме класса А. Для уменьшения влияния температуры на режим работы транзистора в цепь эмиттера включен резистор R_э,который осуществляет последовательную отрицательную обратную связь по постоянной составляющей. Конденсатор C_э исключает влияние отрицательной обратной связи по переменной составляющей .Разделительный конденсатор C₁ устраняет влияние внутреннего сопротивления источника входного сигнала U_вх на режим работы транзистора по постоянному току.Конденсатор C₂ обеспечивает выделение из коллекторного напряжения переменной составляющей U_вых, которая может подаваться на нагрузочный резистор R_н.R_к позволяет регулировать разность потенциалов U_кэ.

Начертим входную характеристику I_б = f (U_бэ) при U_кэ = – 5 В и семейство выходных вольт-амперных характеристик I_к = f (U_кэ) при I_б = const, на которых по нескольким точкам построим кривую допустимой мощности P_к , рассеиваемой транзистором (рис. П2.1). Ниже этой кривой из точки U_кэ = 14, выбрав наиболее подходящий угол наклона, проведем нагрузочную линию U_кэ = E_к – I_к(R_к+R_э), на которой выберем и отметим положение рабочей точки покоя Р_т в режиме класса А и допустимые при этом пределы изменения амплитуды базового тока ±I_mб, соответствующие максимальному значению входного сигнала. Положение рабочей точки на входной характеристике должно соответствовать значению тока I_б0, при котором выбрана рабочая точка на пересечении линии нагрузки и выходной характеристики.

На графиках выходных и входной характеристик изобразим (подобно рис. П.2) кривыеi_к= I_к0 + I_{m к}sin(wt), u_кэ=U_кэ0 + U_{m кэ}sin(wt), i_б= I_б0 + I_{m б}sin(wt).

По графикам определим и значения:

I_б0=0,3 мА;

±I_{m б}= ±0,5 (I_бmax – I_бmin); (2.1)

I_mб = 0,5 (0,5– 0,1) = 0,2 мА;

I_к0=22 мА;

±I_{m к}= ±0,5 (I_кmax – I_кmin); (2.2)

I_mк = 0,5 (34-8) =13 мА;

I_э0 = I_б0+I_к0; (2.3)

I_э0=0,0003+0,022 = 0,0223 А;

U_бэ0=0,24 В;

±U_mбэ = ±0,5 (U_{б max}– U_{б min}); (2.4)

U_mбэ = 0,5 (0,275 - 0,18) = 0,095 В.

U_кэ0 = 6,2 B

±U_mкэ = ±U_mвых = ±0,5(U_{кэ max}– U_{кэ min}). (2.5)

U_mкэ = 0,5(10,4 - 2,0) = 4,2 B.

Рассчитаем значения h_э-параметров для схемы с общим эмиттером:

h11э = h11б / (1+h21б);

h11э = 25 / (1+(-0,98)) = 1250 Ом.

h12э = (h11бh22б – h12бh21б – h12б) / (1+h21б);

h12э = (25 1 10-6 – 2 10-3 (-0,98) – 2 10-3) / (1-0,98)= -0,00075.

h21э = – h21б / (1+h21б);

h21э = – (-0,98) / (1-0,98) = 49.

h22э = h22б / (1+h21б);

h22э = 1 10-6 / (1-0,98)=1 10-5 См

Для схемы включения транзистора с общим эмиттером определим входное сопротивление транзистора:

r_{вх транз} = h_11э;

r_{вх транз} =1250 Ом.

Определим коэффициент передачи тока:

b = h_21э;

b = 49.

Рассчитаем значения сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов:

R_э = (0,2,…,0,3) E_к / I_э0; (2.10)

При подстановке значений получаем:

R_э = 0,25

/ 0,0223 = 151,35 Ом.

Принимаем I_дел = (2,…,5) I_б0 ; I_дел = 3,5

0,0003 = 0,00105 А.

Рассчитаем делитель напряжения на резисторах R₁ и R₂:

R₁ = (I_э0R_э + U_бэ0) / I_дел; (2.11)