3-Б курс, 6-ти летки Калинина Т.В 2 / МУ для выполнения КР ЭиЭ

Величина выходного сопротивления:

где U2Х – напряжение холостого хода на выходе усилителя (RН= ); I2К – ток короткого замыкания (RН=0).

Типовые функциональные каскады полупроводникового усилителя

Для получения высоких значений коэффициентов усиления необходимо каскадное включение нескольких усилителей, обеспечивающее последовательное усиление сигнала до требуемого значения. Каскадную схему усилителя можно представить в виде трех функционально отличных каскадов усиления (рис. 7.6): предварительного усилителя (ПрУ), промежуточного усилителя (ПмУ) и выходного усилителя (мощности) (ВУ).

U1						U2
	ПрУ		ПмУ		ВУ

Рис. 7.6. Каскадная схема усилителя

Предварительный усилитель обеспечивает непосредственную связь источника сигнала и усилительного устройства, поэтому важнейшее требование, которому он должен удовлетворять, минимальное ослабление входного сигнала. Для этого ПрУ должен обладать большим входным сопротивлением. Значение этого сопротивления должно быть существенно больше значения сопротивления источника сигнала, так как в этом случае относительные изменения входного напряжения будут значительны при абсолютно малых изменениях тока во входной цепи. Основное требование, предъявляемое к ПрУ, обеспечение наибольшего усиления входного сигнала при минимальных его искажениях.

Промежуточный усилитель является буферным каскадом между предварительным и выходным усилителем. Основная его задача согласование выхода ПрУ со входом ВУ.

Выходной усилитель предназначен для получения на выходе усилительного устройства мощности, обеспечивающей работоспособность нагрузочного устройства, выполняющего определенные функции. Поэтому в отличие от ПрУ и ПмУ, которые имеют сравнительно небольшую выходную мощность, основным параметром ВУ является КПД.

В промышленной электронике наиболее распространены усилители низкой частоты.

Предварительный каскад УНЧ

Усилители низкой частоты в основном предназначены для обеспечения заданной мощности на выходном устройстве, в качестве которого может быть

110

громкоговоритель, записывающая головка магнитофона, обмотка реле, катушка измерительного прибора и т. д. Источниками входного сигнала являются звукосниматель, фотоэлемент и всевозможные преобразователи неэлектрических величин в электрические. Как правило, входной сигнал очень мал, его значение недостаточно для нормальной работы усилителя. В связи с этим перед усилителем мощности включают один или несколько каскадов предварительного усиления, выполняющих функции усилителей напряжения.

В предварительных каскадах УНЧ в качестве нагрузки чаще всего используют резисторы; их собирают как на лампах, так и на транзисторах.

Усилители на биполярных транзисторах обычно собирают по схеме с общим эмиттером. Рассмотрим работу такого каскада (рис. 7.7).

Рис. 7.7. Схема резистивного усилителя с общим эмиттером

Напряжение синусоидального сигнала uвх подают на участок база– эмиттер через разделительный конденсатор Ср1, который служит для того, чтобы постоянная составляющая входного напряжения не проходила на базу транзистора. Для устранения постоянной составляющей в выходном напряжении включен разделительный конденсатора Ср2. Так как ток коллектора является функцией тока базы и напряжения между Э и К, изменение тока базы вызывает соответствующее изменение тока коллектора, проходящего по сопротивлению нагрузки Rк. Переменная составляющая тока коллектора создает на сопротивлении нагрузки Rк усиленное по амплитуде падение напряжения uвых. Так как коллекторный ток во много раз больше тока базы, то выходное напряжение во много раз превышает входное.

7.2. Пример решения задачи № 6

В соответствии с исходными данными (табл. 7.3) рассчитать в схеме усилителя низкой частоты на транзисторе с общим эмиттером:

1)напряжение выходного сигнала UВЫХ;

2)сопротивление R1 так, чтобы в режиме покоя между коллектором и эмиттером транзистора было задано напряжение UКЭ.

Таблица 7.3

h

11Э

, Ом

h

21Э

h

22Э

, Ом 1

R , кОм

R , кОм

U , мВ

Е , В

U

КЭ

, В

К

Н

ВХ

К

700

40

4·10 5

3,8

8

2

10

5

111

+

ЕК

R1

RК

CК

СБ

UВЫХ

RН

UВХ

R2

RЭ

СЭ

Рис. 7.8

Алгоритм решения:

1.Определяем падение напряжения на коллекторном резисторе в состоянии покоя:

2.Рассчитываем ток базы транзистора в состоянии покоя:

3.Рассчитываем коэффициенты усиления по напряжению по точным формулам:

4.Определяем напряжение выходного сигнала UВЫХ:

.

5.Определяем ток коллектора IК:

6.Рассчитываем напряжение коллектора UК:

, отсюда выражаем UК.

7.Определяем ток базы IБ:

8.Рассчитываем сопротивление резистора R1 по закону Ома:

112

10.3. Задача № 6

Тема: «Расчет параметров электронного усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе»

В соответствии с исходными данными (табл. 7.4) произвести расчет усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе с общим эмиттером, а именно:

1)определить напряжение выходного сигнала UВЫХ;

2)рассчитать сопротивление R1 так, чтобы в режиме покоя между коллектором и эмиттером транзистора было задано напряжение UКЭ.

+

ЕК

R1

RК

CК

СБ

UВЫХ

RН

UВХ

R2

RЭ

СЭ

Рис. 7.9

113

Таблица 10.7

Зада-	h11Э,	h21Э	h22Э,	RК,	RН,	UВХ, мВ	ЕК, В	UКЭ, В
да-	Ом		Ом 1	кОм	кОм
ние
151	710	45	5·10 5	3,9	7	3	8,6	2,5
152	1000	80	7·10 5	4,1	5,4	3,9	7	1
153	540	210	8·10 5	3,1	4,7	7	9	8
154	650	60	13·10 5	4	5	15	14	10,2
155	990	85	9·10 5	4,7	2	0,9	10	4
156	870	130	6·10 5	9	4	1,3	11	4,7
157	1100	100	10·10 5	7	3	4	7	2,5
158	530	110	5·10 5	3,5	2,5	2,5	13	7,7
159	940	70	12·10 5	5,3	5	29	6	3,5
160	890	120	8·10 5	4,1	3,7	13	8	2
161	670	80	7·10 5	6,3	4,5	5,6	7	4,3
162	1250	130	6·10 5	8,4	11	8,5	12	5,2
163	770	50	6·10 5	11	49	12	8,5	3,8
164	910	70	5·10 5	4,3	13	25	9	3
165	810	90	10·10 5	5,5	17	16	9,5	5,7
166	670	140	8·10 5	7,5	4,4	7	12,5	9
167	1060	60	9·10 5	4,5	32	60	9	4
168	590	40	6·10 5	3,6	14	70	15	5,5
169	910	40	5·10 5	2,7	4	15	11	7,2
170	810	100	7·10 5	9	4,3	6	13	7,5
171	690	35	10·10 5	3,7	9	1	8,4	2,8
172	1150	75	3·10 5	4,1	5,6	3,7	7	2
173	570	190	5·10 5	3,1	4,9	5	8,5	2,5
174	920	45	6·10 5	4	7	13	5	3
175	850	750	11·10 5	4,7	4	0,7	6	3
176	720	115	7·10 5	9	6	1,1	10,5	5,4
177	990	85	4·10 5	7	5	2	14	5
178	530	95	8·10 5	3,5	3,6	2,3	9	16
179	630	55	3·10 5	5,3	7	27	12	8
180	960	105	10·10 5	4,1	3,9	11	10	17

115

											Приложение 1
		Условное				Сопротивление,		Комплексное		Проводимость,	Комплексная
Элементы цепи изображение на								сопротивление,			проводимость,
						Ом				См
		схемах							Ом		См
		i
Резистор	~u				R	R

Катушка i индуктивности

~u

L

		i
Конденсатор	~u				С
(

116

Условное

Сопротивление,

Комплексное

Проводимость,

Комплексная

Элементы цепи

изображение на

сопротивление,

проводимость,

Ом

См

схемах

Ом

См

i

R

Резистор и

~u

катушка

индуктивности

Резистор и			i		R
конденсатор
	~u

			i			R
Резистор,	~u
катушка								L
индуктивности
					С
и конденсатор

116

117

			Условное	Угол сдвига фаз	Комплексная мощность			Векторные диаграммы на плоскости
	Элементы цепи	изображение на		между напряжением
								комплексных чисел
			схемах	и током, рад
			i					+j
		~u			S	P	U R I
	Резистор		R
									0
								0			+1
									I	UR

Катушка	i	+j
индуктивности

~u

S

jQ

L

U

L

I

U L

L

2

0

I

+1

i

0

I

+1

S

jQL

UC

I

Конденсатор

~u

2

(

С

UC

-j

117

118

Условное

Угол сдвига фаз

Комплексная мощность

Векторные диаграммы на плоскости

Элементы цепи

изображение на

между напряжением и

комплексных чисел

схемах

током, рад

i

R

+j

Резистор и

S

P

jQL

U I

U

U L

катушка ин-

~u

L

дуктивности

0

0

U R

I

+1

Резистор и

i

R

0

U R

I

конденсатор

0

+1

S

P

jQC

U I

~u

С

U

U

C

-j

R

+j

i

U L

UC

Резистор,

0

катушка ин-

S

P

j(QL

QC )

U I

U

U R

~u

L

дуктивности и

I

-1 0

+1

конденсатор

С

-j

118

Приложение 2

Технические данные трехфазных асинхронных двигателей серии 4А основного использования (IP44; IC0141)

Типоразмеры	Рном,	nном,	ηном,		сosφном						J, кг м2
	кВт	об/мин	%
	Синхронная частота вращения 3000 об/мин
4AA50A2У3	0,09	2740	60,0		0,70	2,2	2,0		1,2	5,0	0,24 10-4
4AA50B2У3	0,12	2710	63,0		0,70	2,2	2,0		1,2	5,0	0,27 10-4
4AA56A2У3	0,18	2800	66,0		0,76	2,2	2,0		1,2	5,0	4,15 10-4
4AA56BУ3	0,25	2770	68,0		0,77	2,2	2,0		1,2	5,0	4,65 10-4
4A63A2У3	0,37	2750	70,0		0,86	2,2	2,0		1,2	5,0	7,63 10-4
4A63B2У3	0,55	2740	73,0		0,86	2,2	2,0		1,2	5,0	9,0 10-4
4A71A2У3	0,75	2840	77,0		0,87	2,2	2,0		1,2	5,5	9,75 10-4
4A71B2У3	1,10	2810	77,5		0,87	2,2	2,0		1,2	5,5	10,5 10-4
4A80A2У3	1,50	2850	81,0		0,85	2,2	2,0		1,2	6,5	18,3 10-4
4A80B2У3	2,20	2850	83,0		0,87	2,2	2,0		1,2	6,5	21,3 10-4
4A90L2У3	3,00	2840	84,5		0,88	2,2	2,0		1,2	6,5	35,3 10-4
4A100S2У3	4,00	2880	86,5		0,89	2,2	2,0		1,2	7,5	59,3 10-4
4A100L2У3	5,50	2880	87,5		0,91	2,2	2,0		1,2	7,5	75 10-4
4A112M2У3	7,50	2900	87,5		0,88	2,2	2,0		1,0	7,5	1,0 10-2
4A132M2У3	11,0	2900	88,0		0,90	2,2	1,6		1,0	7,5	2,25 10-2
4A160S2У3	15,0	2940	88,0		0,91	2,2	1,4		1,0	7,5	4,75 10-2
4A160M2У3	18,5	2940	88,5		0,92	2,2	1,4		1,0	7,5	5,25 10-2
4A180S2У3	22,0	2940	88,5		0,91	2,2	1,4		1,0	7,5	7,0 10-2
4A180M2У3	30,0	2945	90,5		0,90	2,2	1,4		1,0	7,5	8,5 10-2
4A200M2У3	37,0	2945	90,0		0,89	2,2	1,4		1,0	7,5	14,5 10-2
4A200L2У3	45,0	2945	91,0		0,90	2,2	1,4		1,0	7,5	16,8 10-2
4A225M2У3	55,0	2945	91,0		0,92	2,2	1,2		1,0	7,5	25 10-2
4A250S2У3	75,0	2960	91,0		0,89	2,2	1,2		1,0	7,5	46 10-2
4A250M2У3	90,0	2960	92,0		0,90	2,2	1,2		1,0	7,5	52 10-2
4A280S2У3	110,0	2970	91,0		0,89	2,2	1,2		1,0	7,0	1,09
4A280M2У3	132,0	2970	91,5		0,89	2,2	1,2		1,0	7,0	1,19
4A315S2У3	160,0	2970	92,0		0,90	0,9	1,0		0,9	7,0	1,40
4A315M2У3	200,0	2970	92,5		0,90	0,9	1,0		0,9	7,0	1,63
4A355S2У3	250,0	2970	92,5		0,90	0,9	1,0		0,9	7,0	2,85
4A355M2У3	315,0	2970	93,0		0,91	0,9	1,0		0,9	7,0	3,23
	Синхронная частота вращения 1500 об/мин
4AA50A4У3	0,06	1389	50,0		0,6	2,2	2,0		1,2	5,0	0,29 10-4
4AA50B4У3	0,09	1370	55,0		0,6	2,2	2,0		1,2	5,0	0,33 10-4
4AA56A4У3	0,12	1375	63,0		0,66	2,2	2,0		1,2	5,0	7,0 10-4
4AA56B4У3	0,18	1365	64,0		0,64	2,2	2,0		1,2	5,0	7,88 10-4
4AA63A4У3	0,25	1380	68,0		0,65	2,2	2,0		1,2	5,0	12,4 10-4
4AA63B4У3	0,37	1365	68,0		0,69	2,2	2,0		1,2	5,0	13,0 10-4
4A71A4У3	0,55	1390	70,5		0,7	2,2	2,0		1,6	4,5	13,8 10-4
4A71B4У3	0,75	1390	72,0		0,73	2,2	2,0		1,6	4,5	14,3 10-4
4A80A4У3	1,1	1420	75,0		0,81	2,2	2,0		1,6	5,0	32,3 10-4
4A80B4У3	1,5	1415	77,0		0,83	2,2	2,0		1,6	5,0	33,3 10-4
4A90L4У3	2,2	1425	80,0		0,83	2,2	2,0		1,6	6,0	56,0 10-4
				119