новая папка 1 / 279742

=±15% .

Емкости конденсаторов вычисляются по формуле: C = (1…10)2π fН , где fН — низшая частота усиливаемого сигнала в герцах.

Расчёт блока питания.

Блок питания состоит из силового трансформатора, выпрямителя со сглаживающим фильтром и стабилизатора. Расчёт блока питания ведётся «от конца к началу», то есть сначала рассчитывается стабилизатор, обеспечивающий требуемое напряжение ЕК на нагрузке и её ток IК0, затем выпрямитель со сглаживающим фильтром, обеспечивающим требуемые параметры, включая и коэффициент пульсаций p0 %. На последнем этапе рассчитываются параметры силового трансформатора, необходимого для питания выпрямителя.

Расчёт стабилизатора

Схема однозвенного параметрического стабилизатора напряжения представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 — Стабилизатор напряжения Стабилизатор должен обеспечивать питание усилительного каскада, т. е.

ЕК = UН. и ток IК0 = IН при колебаниях напряжения питания

По справочнику выбирается стабилитрон с напряжением стабилизации соответствующим напряжению питания Uст = ЕК. Из справочника определяют следующие параметры стабилитрона Iст.мин., Iст.макс.и Rст.

Коэффициент стабилизации тем больше, чем больше падение напряжения на Rогр. по сравнению с UН, то есть, чем больше Rогр.. Но это требует значитель-

11

ного повышения входного напряжения, поступающего от выпрямителя. Сначала определяется предельный коэффициент стабилизации Кст.пред соответствующий Rогр = (что практически недостижимо).

	Kст.пред =		UН (1−				)
			(IН + Iст.мин) Rст.
		Кст.необх ≤			Кст.пред
						1,4		.
	Реально можно реализовать
	Далее определяют Uвх стабилизатора, которое является выходным напря-
	жением выпрямителя со сглаживающим фильтром.
	U0 =		UН
				К		ст.необх
		(1−	) 1−
				Кст.пред.

Для получения стабильного напряжения ЕК = UН на выходе, необходимо на вход подать U0. Это напряжение можно значительно снизить, уменьшая

Кст.необх..

R	=	U0 (1− ) −UН
огр.		IН + Iст.мин. .
Определяем

Последний этап: проверка стабилитрона на максимальный ток, который потечёт через стабилитрон, когда выходное напряжение будет максимальным

	(в данном случае возросшим на			=±15% ).
	I	ст.мин.	= I	ст.мин.	+(I	Н	+ I	ст.мин.	)	2
										1−

Для нормальной работы стабилитрона необходимо, чтобы рассчитанное значение Iст.макс., не превышало его справочного значения Iст.макс., Если это выполняется значит стабилитрон перегреваться не будет.

Расчёт выпрямителя со сглаживающим емкостным фильтром

Для питания стабилизатора необходим выпрямитель переменного тока. Простейшим является однополупериодный выпрямитель на одном диоде, эквивалентная схема которого представлена на рис. 3.

12

Рисунок 3 — Эквивалентная схема выпрямителя напряжения Ток выпрямителя определяется как:

I0 = U0R−UН

огр

Затем вычисляют параметры диода:

Uобр =3 U0 , Iмакс =7 I0 .

По справочнику выбирают диод по этим вычисленным параметрам Uобр,

Iмакс.

Параметры сглаживающего конденсатора С определяются по формулам:

C( мин) =	600 I0( мА)	, Uc =1,2 U0
	U0 p0 %

Силовой трансформатор должен иметь внутреннее сопротивление Rтр, соответствующее рассчитанному по формуле:

Rтр =		500 U0
			4 U				I
I	0(	мА)			0			0( мА) .
Согласно значению Rтр изготавливается первичная обмотка, тогда данные
вторичной обмотки:
I2( мА) = 2 I0(			мА) +				12 U0
							Ri	+ Rтр	,
U2 = 0,7 U0 +				I0 (Ri				+ Rтр)
									,
							265

где Ri — динамическое сопротивление диода в рабочем режиме Ri =1000I0 . Для двухполупериодного выпрямителя со средней точкой расчётные

формулы следующие:

13

Uобр = 3 U0 ,

I макс =3,5 I0 ,

U2 = 0,75 U0 +I0 (Ri +Rтр)530 ,

Rтр

=

1000 U0

,

I0 4 I0 U

0

I2 = I0

+

12 U0

,

Ri + Rтр

С0

=

300 I0

U0

p0 % .

Для двухполупериодного мостового выпрямителя расчётные формулы

следующие:

Uобр =1,5 U0 ,

I макс =3,5 I0 ,

U2 =0,75 U0 +I0 (2Ri +Rтр) 530

,

Rтр

=

830 U0

I

4 I

U

0

0

0 ,

I2 =1,41 I0 +

16,6 U0

2 R + R

,

i

тр

С0

=

300 I0

U0

p0 % .

Во всех расчётных формулах U выражено в В, I — в мА, R — в Ом.

Пример расчета

Расчет усилительного каскада

Рассчитать схему усилителя по схеме с ОЭ (рис. 4) и блок питания к нему по следующим исходным данным:

14

КU, не ме-	RН, кОм	fН, Гц	fВ, кГц, не ме-	р0, не бо-	ЕК
нее			нее	лее
30	200	300	10	0,15	+10B

Рисунок 4 — Схема усилителя с общим эмиттером Так как по условию задания питание каскада положительное соответст-

венно в качестве транзистора VT необходимо использовать транзистор p-n-p типа. Можем взять широко распространенный КТ315Д со следующими параметрами:

−максимальный ток коллектора IК max = 100 мА ;

−максимальное напряжение коллектор-эмиттер UКЭ max = 40 В ;

−максимальная рассеиваемая мощность транзистора Pmax = 150 мВт;

−статический коэффициент передачи тока h21Э = 20 – 90;

−модуль коэффициента передачи тока на частоте f = 100МГц h21Э = 2,5. Для расчетов применим среднее геометрическое значение h21Э согласно

(1):

h21Э = h21Эmin h21Эmax = 20 90 ≈ 42

Определим частотные свойства транзистора:

fh21Э ≥(2…3) fВ =3 104 =30000Гц (30кГц)

100МГц ≥30кГц

15

Неравенство выполняется, значит, по частотным свойствам транзистор подходит.

Напряжение питания ЕК согласно заданию равняется 10 В, тогда для определения рабочего режима выберем две крайние точки: (UКЭ = ЕК, IК = 0) и (UКЭ = 0, IК):

	IK =	EK	=	10	=0,05А(50мА)
		RН		200

Для нормальной работы транзистора выберем среднюю рабочую точку:

IK 0 = I2K = 502 = 25мА

U КЭ0 = E2K =102 =5В

Тогда мощность, выделяющаяся в транзисторе:

PK 0 = IK 0 UКЭ0 =25 5 =125мВт,

что не превышает максимальную рассеиваемую мощность транзистора Pmax = 150 мВт.

Мощность, потребляемая усилителем от источника питания:

P0 = IK 0 EK =25 10 =250мВт

Для схемы с общим эмиттером коэффициент усиления по току Ki примерно равен статическому коэффициенту передачи h21Э. Тогда:

h21Э = IК0 IБ , IБ = IK 0 h21Э = 25 42 = 0,6мА

Параметры для выбранной точки покоя: IК0 = 25 мА, UКЭ0 = 5 В, IБ = 0,6

мА.

Падение напряжения от постоянной составляющей коллекторного тока на резисторе эмиттерной цепи RЭ должно составлять 15…20% от напряжения источника питания Ек. Тогда сопротивление резистора в эмиттерной цепи транзистора усилительного каскада:

RЭ =UЭ IК0 =0,2EК IК0 =0,2 10 25 10−3 =80Ом

16

Выбираем из стандартного ряда Е24 по ГОСТ 2825-67 ближайший номи- нал RЭ =82Ом.

Сопротивление резистора коллекторной цепи:

RК =(EК −UКЭ0 −UЭ )IК0 =(10 −5 −0,2 10)25 10−3 =120Ом,

что соответствует стандартному ряду Е24.

Ток резисторного делителя в базовой цепи выбирается в 5-10 раз больше тока базы транзистора:

I Д =5 IБ =5 0,6 =3мА

Напряжение на переходе база-эмиттер UБЭ можем высчитать исходя из заданного коэффициента усиления по напряжению:

KU =UКЭ0 UБЭ , UБЭ =UКЭ0 KU =5 30 =0,17В

Сопротивление резистора R2 делителя R1R2:

R2 = (U Э +U БЭ ) I Д =(2 +0,17) 3 10−3 =723Ом,

что соответствует номиналу R2 =720Ом в стандартному ряду. Сопротивление R1 определяется по аналогичной формуле:

R1 = (EК −UЭ −UБЭ ) (I Д + IБ ) =

(10 −2 −0,17) (3 10−3 +0,6 10−3 ) = 2175Ом(2,175кОм)

Из стандартного ряда выбираем R2 = 2,2кОм. Коэффициент усиления по напряжению определяется как:

KU ≈ KRi RК

ВХ

Отсюда входное сопротивление транзистора:

RВХ ≈ Ki RK = 42 200 = 280Ом KU 30

Конденсаторы С1, С2 и конденсатор С3, который шунтирует резистор RЭ, включенный в эмиттерную цепь транзистора, должны иметь в области нижних частот незначительные сопротивления.

17

= ±15% .

Емкости конденсаторов вычисляются по формуле: где fН — низшая частота усиливаемого сигнала в герцах.

C =102π 300 = 480 мкФ

Из стандартного ряда выбираем C1, C2, C3 = 470мкФ

C = (1…10)2π fН ,

.

Расчет стабилизатора блока питания

Необходимо рассчитать стабилизатор, обеспечивающий питание усилительного каскада Ек = Uвых. = 10 В и ток IК0 = Iн = 25 мА при колебаниях напря-

жения питания

Выбираем по справочнику стабилитрон Д815Г с параметрами Uст. = 10 В,

Iст.мин. = 25 мА, Iст.макс. = 800 мА и Rст = 1,8 Ом.

Коэффициент стабилизации тем больше, чем больше падение напряжения на Rогр. по сравнению с Uн, то есть, чем больше Rогр.. Но это требует значительного повышения входного напряжения, поступающего от выпрямителя. Сначала определяется предельный коэффициент стабилизации Кст.пред соответствующий Rогр = (что практически недостижимо).

Kст.пред =

Uвых (1−

)

=

10 (1−0,15)

=94,4

(I

Н

+ I

ст.мин

) R

(25 10−3 +25 10−3 ) 1,8

ст.

Кст.необх ≤

Кст.пред

= 67,4

Реально можно реализовать

1,4

.

Далее определяем Uвх стабилизатора, которое является выходным напря-

жением выпрямителя со сглаживающим фильтром.

U0 =

Uвых

= 41,13В

К

ст.необх

(1−

) 1

−

Кст.пред.

Для получения стабильного напряжения 10 В на выходе, необходимо на вход подать 41,13 В. Это напряжение можно значительно снизить, уменьшая Кст.необх.. Выберем Кст.необх = 25, тогда U0 = 16 В, что приемлемо.

18

R	=	U0 (1− ) −Uвых	=	16 (1−0,15) −10	=72Ом
огр.		IН + Iст.мин.		(25 10−3 +25 10−3 )	.
Определяем

Выбираем из ряда подходящий резистор по сопротивлению Rогр = 75 Ом. Последний этап: проверка стабилитрона на максимальный ток, который потечёт через стабилитрон, когда выходное напряжение будет максимальным

(в данном случае возросшим на = ±15% ).

Iст.мин. = Iст.мин. +(IН + Iст.мин.

	)	2	= 25 +(25 +25)	2 0,15	= 42,6мА
		1−		1−0,15

Для нормальной работы стабилитрона необходимо, чтобы рассчитанное значение Iст.макс. = 42,6 мА, не превышало его справочного значения Iст.макс. = 800 мА, что выполняется. Значит, стабилитрон перегреваться не будет.

Расчёт выпрямителя со сглаживающим ёмкостным фильтром

Рассчитаем выпрямитель для питания стабилизатора, рассчитанного выше. Выбираем однополупериодный выпрямитель эквивалентная схема которого представлена на рис. 3.

Определяем ток выпрямителя:

I0 = U0 −U Н =16 −10 =0,08А(80мА)

Rогр 75

Вычисляем параметры диода:

Uобр =3 U0 =48В, Iмакс =7 I0 =560мА

Выбираем диод КД 212В с параметрами Uобр = 100 В, I макс = 1 А. Параметры сглаживающего конденсатора С определяются по формулам:

C( мин) =	600 I0( мА)	, Uc =1,2U0
	U0 p0

Для определения емкости конденсатора необходимо значение коэффициент пульсаций. По заданию он равняется р0 = 15%, данный коэффициент пульсаций в однополупериодном выпрямителе обеспечит конденсатор емкостью не

19

C ≥ 600 80

= 200мкФ

,

с

рабочим

напряжением не

менее

менее

16 15

UC =1,2 16 =19,2В. Выбираем электролитический конденсатор 200 мкФ×25 В.

Рассчитаем силовой трансформатор, для этого определяем:

Rтр

=

500 U0

=

500

16

=16,7Ом

I0( мА) 4

U0 I0( мА)

80 4 16 80

,

тогда данные вторичной обмотки:

Ri = 1000/I0 = 12,5 Ом.

I2( мА) = 2 I0( мА) +

12 U0

= 2 80 +

12 16

=166,6мА

Ri + Rтр

12,5 +16,7

U2

=0,7 U0 +

I0 (Ri + Rтр )

=0,7 16 +

80 10−3

(12,5 +16,7)

=11,2В

265

265

.

20