КР Усилитель низкой частоты

2.3.Расчёт параметров элементов ПУ и УМ

Принципиальная схема ПУ и УМ, приведённая на рисунке 5, состоит из предварительного усилителя на ОУ и транзисторного усилителя мощности, охваченных цепью ООС.

R9

	Рисунок 5. Принципиальная схема ПУ и УМ
	Напряжение на входе предварительного усилителя:
	[/вхпу = /fBy • f/вхш		(И )
	Uвхпу = 40 • 0.1 = 4,0 (В)
	Коэффициент усиления ПУ и УМ по напряжению равен:
	КиПУУМ	[/нмакс	( 12)
		[7вхПу

30

^ пуум — —7,5

Лист

ЮУрГУ-22020120U .286 КП

11

Изм. Лист N0 докум. Подп. Дате

	Распределим его между ПУ и УМ:
	КЩуум —Кит ' КЩч	(13)
	Примем Кипу = 2,5; Киум = 3.
	/Птпуум —2,5 • 3 —7,5
	Рассчитаем УМ. Выберем транзисторы VT3, VT4 по следующим
	параметрам:
	Сопротивление нагрузки:
	[/нмакс2	(14)
	Ян
	2 • Рнмакс
	302
	Ян = 2 • 32 = 14,06 (Ом)
	Максимальный ток коллектора транзистора:
	п Рнмакс	(15)
	7/смакс = V2 • Uнмакс
	32
	Z/шакс = V2 ■— = 1,51 (А)
	Напряжение питания одного плеча двухтактной схемы:
	Ek = Uнмакс + Uост, где	(16)
	Uост = 2 ... 3 В - остаточное напряжение на транзисторе
	Ек = 30 + 2 = 32 (В)
	Максимальный ток нагрузки:
	[/нмакс	(17)
	/нмакс =
	Ян
	30
	/нмакс = 14,06 = 2,13 (А)
	Среднее значение тока нагрузки:
	/нмакс	(18)
	IIнср = ---------
	п

	/нср = J — = 0,68 (А)
	Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:
	Ек2	(19)
	Р/смакс = 2■п •Ян

Лист

ЮУрГУ-22020120Н .286 КП

12

Изм. Лист № докцм. Подп. Дате

32:
Р/смаке = 2 • 3,14-14,06	11,59 (Вт)
Максимальное напряжение коллектор-эмиттер транзистора:
Uкэмакс = 2 *Ек		(20)
1/кэмакс = 2 • 32 = 64 (В)
Выбираем комплементарную пару транзисторов VT3, VT4 TIP 127,
TIP 122. Параметры транзисторов приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Основные параметры транзисторов VT3, VT4
Максимальное напряжение коллектор-эмиттер 1/кэмакс		100 В
Постоянный ток коллектора /кмакс		5 А
Постоянный ток коллектора (импульс) /кимп		8 А
Максимальная рассеиваемая мощность Ркмакс		65 Вт
Диапазон рабочих температур Граб		-6 5 ... 150°С
Максимальная температура перехода Гj		150°С
Тепловое сопротивление переход-корпус RTnK		1,92 °С/Вт
Статический коэффициент передачи тока базы h2ie		1000
Обратный ток коллектора /кб0		0,2 мА
Напряжение насыщения (при 1к = ЗА, 16 = 12 мА) UK3нас		2 В
Напряжение открывания транзистора и6э0ТК		2,5 В

Рассчитываем площадь дополнительных теплоотводов для транзисторов VT3, VT4:

Ркмакс	( 21)
5 >
Кт• (Гпер —Гер —Ркмакс • (RTnK -1- RTкт))
где
Кт « 0,8 • 10_3 Вт/°С • см2коэффициент теплоотдачи для	чернёного
ребристого алюминиевого теплоотвода;
Гпер ~ 0,9 • Tj = 0,9 • 150 = 135°С - температура перехода ;
Гер = 40 °С - максимальная температура среды по заданию;

Ргкт ~ 0,2 ■■0,5 °С/Вт - тепловое сопротивление корпус-теплоотвод;

Лист

ЮУрГУ-220201.20и.286 КП

13

Изм. Лист № докцм. Подп. Дате

5 >	11,59
	= 216,37(см2)
0,8 • 10-3 • (135 -	40 - 11,59 • (1,92 + 0,5))

Выбираем ребристый радиатор Р-214 площадью 235 см2. Рассчитываем сопротивления резисторов УМ.

Произведём выбор резисторов R13 и R14, используя условия протекания

токов утечки через резисторы R11,R12:

	R13 ' /браб '> ^кэнаи				( 22)
	R13 • /кб0 < Utбэотк'
	где
	браб	7/смакс			(23)
			h 21е
	рабочий ток базы транзисторов VT3, VT4
		1,51
	браб		= 1,51 (мА)
		1000
	Сопротивления резисторов R13,R14 найдём по формуле:
	R13 = R 1 4 =		С/,бэотк ' ^кэнас		(24)
			^кбО	' ^браб
		Л1
	R13 = Д 14=	2,5 • 2		— = 4.071 • 103 (Ом)
	N0,2 • 10“3 • 1,51 • IQ '3
	Выберем номиналы сопротивлений резисторов R13,R14 из ряда Е24:
	Я13 = Я14 = 3,9 кОм
	Мощность, выделяемая на резисторах R13,R14:
			U		(25)
	R13Д4		'кэнас
			Д13

22

Я13Д4 3,9 • 103 - 1,03 • 10"3 (Вт) Выбираем резисторы МЛТ-0,125.

Выбираем пару комплементарных транзисторов VT1 и VT2, исходя из следующих параметров

Лист

		ЮУрГУ-220201.20П.286 КП
Изм. Лист № докум.	Подп. Дате	Н

/кмакс = 1,05 • /браб	(26)
Максимальный ток коллектора:
/кмакс = 1,05 • 1,51 • 10_3 = 1,58 (мА)
Максимальное напряжение коллектор-эмиттер:
Uкэмакс = Uвыхпу + Ек, где	(27)
Uвыхпу = Uвхпу • Кипу	(28)
Uвыхпу = 4 • 2,5 = 10 (В)
выходное напряжение ПУ
[/кэмакс = 10 4- 32 = 42 В
Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе:
//кэмаксУГ1 • Ркмаксутз	(29)
РкмаксУТ1 =
УкэмаксКТз ■Л21 (’VT'1,
42•11 59
РкпаксУТ1 = ——тттхтг г= 7,6 • 10_3 (Вт)
64-1000
Выбираем пару комплементарных транзисторов 2N5551 и 2N5401.
Основные параметры транзисторов приведены в таблице 3.
Таблица 3. - Основные параметры транзисторов VT1, VT2
Максимальное напряжение коллектор-эмиттер [/кэмакс	150 В
Постоянный ток коллектора /кмакс	0,6 А
Максимальная рассеиваемая мощность Ркмакс	0,625 Вт
Диапазон рабочих температур Траб	—55 ... 150°С
Максимальная температура перехода Тj	150°С
Статический коэффициент передачи тока базы h2\e	240
Обратный ток коллектора /кб0	50 нА
Напряжение насыщения (при 1к = 50 мА, 16 = 5 мА) икэнас	0,2 В
Напряжение база-эмиттер (при 1к = 10 мА, 16 = 1 мА) ибэнас	1 В

Выбираем диоды VD1-VD4 по среднему прямому току 1српрд и среднему обратному напряжению на диоде Исробрд.

Лист

ЮУрГУ-220201.20и.28б КП

16

Изм. Лист № докум. Подп. Дате

Рассчитаем ток диода:
/дмакс = 10-/6 VT1		10 • /кмаксуГ1
		(30)
		h 21eVTl
^Дмакс —	10 • 1,58 • 10~3
	240	~ 0,066 (мА)

Обратное напряжение на диоде не превышает Шэ транзистора YT1 Выбираем диоды 1N4148 с параметрами, приведёнными в таблице 4.

Таблица 4 - Основные параметры диодов VD1-VD4
Максимальное обратное напряжение Uo6p.MaKC	75 В
Максимальный прямой ток /пр	300 мА

	Рассчитываем сопротивления резисторов R11, R12:
	Ек —ибэ —Uвыхпу		(31)
	R l l = R12	/Д.макс
	3 2 - 1 - 1 0
	R l l = R12 = ---------------= 318 (кОм)		7
		0,066
	Выбираем номиналы из ряда Е24: R11 = R12 = 330 кОм.
	Найдём мощность, рассеиваемую на резисторах Rl 1, R12:
		Ек2	(32)
	кпд2 “ яд
	322
	R11’12 330 • 103 = 0,003 (Вт)
	Выбираем резисторы МЛТ-0,125.
	Выбор R15,R16 произведем из условий:
	Uнмакс	R15	(33)
	КЩм —ТТ	— 1 + DI с ~
	Евыхпу	R16
		R16	(34)
	Uвыхпу = f/нмакс • ——— ——
	пу	R15 + R16
	Uнмакс		(35)
	——— —— > 10 • /кмаксу'п
	R15 + R16	VJ1

Из (33) —(35) получаем:

Лист

ЮУрГУ-220201.201А.286 КП

16

Изм. Лист № докцм. Подп. Дате

			инмакс
R16 < 30 • 1кмаксУТ1					(36)
			30
R16 < 30 • 1,58 • 10~3 - 630 (Ом)
Выбираем номинал из ряда Е24: R16 = 620 Ом
Из(ЗЗ):
	Я15 = 2 -Я16				(37)
Я15 = 2•620 = 1240 (Ом)
Выбираем номинал из ряда Е24: R15 = 1,2 кОм
Найдём мощность, рассеиваемую на резисторах R15, R16:
PR16 —			UвыхПУ		(38)
			Я16
			10"
			™ = 0Д6 (Вт)
PR15 —	(Uнмакс —£/выхпуф				(39)
			Я15
PR I5 —		(30 - 10)2		= 0,33 (Вт)
		1200
Выбираем резисторы: R15, R16 - МЛТ-0,5.
Рассчитываем сопротивления R7, R8.
Сопротивление R7 примем равным R6: R7 = R6 = 10 кОм
Найдём R8, зная требуемый коэффициент усиления ПУ и УМ :
			Я8	—7,5	(40)
КЩуум —1 +
Я8 —Я7 • (К ип уум — 1)					(41)

Я8 = 10 • (7,5 - 1) = 65 (кОм) Выбираем номинал из ряда Е24: R8 = 68 кОм. Резисторы R7 и R8 - МЛТ-0,125.

В качестве ПУ используем второй усилитель микросхемы DA1 AD746B.

Лист

Изм. Лист № докцм. Подп. Дате	ЮЧрГ4-220201.20Н.286 КП	17

2.4.Расчёт источника питания

Для источника питания выберем схему, состоящую из понижающего трансформатора Т1, двухполупериодного выпрямителя VD7, конденсаторов фильтра СЗС6 и стабилизатора питания микросхемы ОУ.

R9

FU1

\S 1

ХР1

\ у \1/

Рисунок 6. Схема источника питания

Выбираем конденсаторы фильтра СЗ,С4.

Требуемое напряжение питания одного плеча: U —Ек = 32 В Зададимся коэффициентом пульсаций на выходе источника питания 1%:

	2 • U~ = 0,01 • U			(42)
	2 • U~ = 0,01 •		32 = 0,32 (В)
	Рассчитаем ёмкости конденсаторов СЗ, С4:
	СЗ = С4	6400 • /,нср		(43)
		2	• U'
	6400 • 0,68
	СЗ = С4 = ---- — ----- = 13600 (мкФ)

Выбираем электролитические конденсаторы К50-37 ёмкостью 22000 мкФ на напряжение 63 В. Тогда коэффициент пульсаций будет равен:

Лист

ЮУрГУ-2202012014.286 КП

18

Изм. Лист № докцм. Подп. Дате

2 -и:	6400 • lнср		(44)
	сз
2 - т	6400 • 0,68	= 0,2 (В)
	22000

Конденсаторы С5, С6 предназначены для фильтрации высокочастотной

помехи из электросети. Выбираем конденсаторы К73-17А ёмкостью 0,1 мкФ на напряжение 63 В.

Рассчитаем трансформатор Т1.

Найдём минимальное напряжение во вторичной обмотке с учётом

	повышения напряжения конденсатором фильтра в л/2 раз:
	и -ь 2 • и п + 2 • и:			(45)
	Uмин	V2
	32 + 2 + 0,2
	^мин	ъ	= 24,2 (В)
	Номинальное напряжение во вторичной обмотке с учётом колебаний
	напряжения сети (- 15%):
	JJ^	_ и:мин		(46)
	ном “ 0,85
		24 2	= 28,5 (В)
	U~n„ = ^ r z
	ном	0,85
	Максимальное напряжение во вторичной обмотке с учётом колебаний
	напряжения сети (+ 10%)
	п~	= 1 1 -U		(47)
	и макс	±>-L	u !ном
	Uмакс	1,1 • 28,5 = 31,3 (В)
	Напряжение на вторичной обмотке:
	и„ = и;0„ = 28,5 (В)			(48)
	Ток во вторичной обмотке:
	hi —^нср ~ 0,68 (А)			(49)
	Мощность вторичной обмотки:
	г	U» - 'u		(50)
		V2

Лист

ЮУрГУ-220201.20%.286 КП

19

Изм. Лист № докцм. Подп. Дате

28,5 • 0,68 Р = ---- — ---- -- 13,7 (Вт)

Выбираем трансформатор TALEMA 55354 P1S2. Характеристики

	трансформатора приведены в таблице 5.
	Таблица 5 - Характеристики трансформатора Т1
	Напряжение первичной обмотки Uj			230
	Напряжение вторичной обмотки JJn			2 х 30 В
	ТОК ВТОРИЧНОЙ обмО ТКИ IJJ			2,667 А
	Мощность Р			160 Вт
	Напряжение вторичной обмотки холостого хода Ullxx			2 х 32,86 В
	Предохранитель в цепи вторичной обмотки			2,5 А
	Рассчитаем номинал предохранителя FU1.
	Ток в первичной обмотке равен:
		hi • Ur'п		(51)
		I, =	и,
	h =	2,667	• 30
			= 0,35 (А)
		230
	Выбираем предохранитель номиналом 0,5 А
	Выбираем диоды выпрямителя по значениям Uo6pи /пр.
	Для мостовой схемы на рисунке 6
		2 • UНОМ		(52)
	^обр —		1,57
	‘пр ■0,5 /НСр			(53)
		2 • 28,5
	1^обр		= 36,3 (В)

1,57 /пр = 0,5 • 0,68 = 0,34 (А)

Выбираем «с запасом» диодную сборку GBPC802. Параметры диодной сборки VD7 приведены в таблице 6.

Лист

ЮЧрГЧ-2202012014.286 КП

20

Изм. Лист № докцм. Подп. Дате