Расчет транзисторного усилителя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство транспорта РФ

ФГБОУ ВО СГУВТ

Кафедра: «Электрооборудование и автоматика»

Курсовая работа

Дисциплина: «Судовая электроника и силовая преобразовательная техника»

Тема: “Расчет транзисторного усилителя”

Новосибирск 2016 г.

Введение

Усилителями называются устройства, в которых сравнительно маломощный входной сигнал управляет передачей значительно большей мощности из источника питания в нагрузку. Наибольшее распространение получили усилители, построенные на полупроводниковых усилительных элементах (биполярных и полевых транзисторах); в последние годы усилители преимущественно используются в виде готовых неделимых компонентов -- усилительных ИМС. Простейшая ячейка, позволяющая осуществить усиление, называется усилительным каскадом.

Электрические сигналы, подаваемые на вход усилителей, могут быть чрезвычайно разнообразны; это могут быть непрерывно изменяющиеся величины, в частности гармонические колебания, однополярные или двухполярные импульсы. Как правило, эти сигналы пропорциональны определенным физическим величинам. В установившихся режимах многие физические величины постоянны либо изменяются весьма медленно (напряжение и частота сети, частота вращения двигателя, напор воды на гидроэлектростанции). В переходных и особенно аварийных режимах те же величины могут изменяться в течение малых промежутков времени. Поэтому усилитель должен обладать способностью усиливать как переменные, так и постоянные или медленно изменяющиеся величины. Такие усилители являются наиболее универсальными и распространенными. По традиции их называют усилителями постоянного тока (УПТ), хотя такое название и не вполне точно: УПТ усиливают не только постоянную, но и переменную составляющую (приращения сигнала) и в подавляющем большинстве случаев они являются усилителями напряжения, а не тока.

Каскады усиления мощности: в этих усилителях при проектировании выходного каскада усилителя энергетические вопросы являются первостепенными. В таких усилителях необходим высокое значение КПД, так как только при высоком значении КПД могут быть снижены потери энергии источника питания, уменьшен нагрев полупроводниковых приборов и снижена их мощность. Каскады усиления мощности отличаются от остальных схем не только своей структурой, но и особенностями расчета. Можно считать, что в известной степени каскады усиления мощности относятся к схемам энергетической электроники, при создании которых в первую очередь необходимо обеспечить благоприятные энергетические соотношения.

Усилители электрических сигналов в настоящее время нашли широкое применение во всех отраслях хозяйства, в том числе и на водном транспорте.

Исходные данные для расчета транзисторного усилителя.

Заданием предусмотрены следующие показатели усилителя, которые следует обеспечить или превысить в допустимых пределах:

- Pн - мощность, которую должен отдавать в нагрузку усилитель при искажениях сигнала, не превосходящих допустимые (Рн = 19 Вт);

- Rн - расчетное сопротивление нагрузки (чисто активное R = 4 Ом);

- Кu - коэффициент усиления по напряжению, который задаётся с целью обеспечить необходимую чувствительность усилителя, т.е. входное напряжение, соответствующее номинальному выходному сигналу (Кu = 120 ед.);

- Мн и Мв - коэффициенты частотных искажений, вносимых усилителем, характеризующие уменьшение усиления на какой-либо частоте в сравнении с максимальным усилением (Мн = 1,4 и Мв = 1,4);

- fв и fн - соответственно верхняя и нижняя частоты полосы пропускания. Это частоты, на которых Ки падает в Мв или Мн раз (fн = 20 Гц и fв = 20 кГц)

- г - коэффициент нелинейных искажений (коэффициент гармоник).

где U₁m - амплитуда первой гармоники выходного сигнала, U₂m, U₃m. - соответственно, амплитуды высших гармоник. Этот коэффициент характеризует искажение формы сигнала и обусловлен нелинейностью входных и выходных характеристик транзисторов.

1. Трансформаторный каскад усилителя мощности в режиме класса А

Режимом класса А называют такой режим работы усилительного элемента, при котором ток в выходной цепи существует в течение всего периода сигнала. В исходном состоянии точка покоя усилительного элемента находится примерно в середине рабочего участка его динамической характеристики. Это достигается подачей соответствующего смещения во входную цепь. Основным достоинством режима класса А является малый коэффициент гармоник. Недостаток - низкий КПД (не более 50%).

Режимом класса В называют такой режим работы усилительного элемента, при котором ток в выходной цепи усилительного элемента существует в течение примерно половины периода. Точка покоя усилительного элемента расположена на нижнем конце идеализированной динамической характеристики. Здесь напряжение смещения входной цепи примерно равно величине, отсекаемой на горизонтальной оси продолжением спрямленной входной динамической характеристики. Углом отсечки 0 называется половина той части периода, выраженная в угловых единицах, в течение которой ток сигнала протекает через усилительный элемент. Основным достоинством режима класса В является малое потребление энергии, высокий КПД, уменьшение потребления электроэнергии с уменьшением входного сигнала. Недостатком режима В является то, что усилительный элемент работает часть периода и поэтому используется только в двухтактных схемах. Вследствие использования большого участка характеристики, включая криволинейный, коэффициент гармоник двухтактного каскада в режиме класса В выше, чем в режиме класса А.

Исходными данными для расчета являются:

а) выходная мощность (Рн = 19 Вт);

б) сопротивление нагрузки (чисто активное R = 4 Ом);

в) диапазон частот (от fн = 20 Гц и до fв = 20 кГц);

г) допустимое значение коэффициента нелинейных искажений (Мн = 1,4 и Мв = 1,4);

В процессе расчета выбираем:

1) Схему и способ включения транзисторов:

Для обеспечения требуемого К_u обычно недостаточно одного усилительного элемента, и в усилителе используют несколько элементов, причем усиленный первым элементом сигнал подводится ко второму, от второго к третьему и т.д. Одна ступень усиления образует каскад. Как правило, на практике усилители бывают многокаскадными.

Входное устройство представляет обычно трансформатор, входной делитель, емкость или какие-либо вспомогательные элементы.

Предварительный усилитель состоит из одного или нескольких каскадов, предназначенных для усиления сигнала до значения, необходимого для подачи на вход усилителя мощности. Если источник сигнала дает достаточную для подачи на вход этого усилителя мощность сигнала, предварительный усилитель не нужен.

Усилитель мощности может быть одно- и многокаскадным. Основное требование, предъявляемое к таким каскадам, заключается в отдаче заданной мощности.

Выходное устройство служит для передачи усиленного сигнала из выходной цепи последнего усилительного элемента в нагрузку (обычно, это выходной трансформатор или разделительная емкость).

На принципиальной схеме усилителя, часто называемой электрической схемой, показаны все элементы (электрические детали), входящие в усилитель, и соединения между ними.



Рисунок 1 - Электрическая схема двухкаскадного усилителя мощности.

2. Расчёт предварительного каскада усиления мощности

Каскад усилителя мощности предназначен для отдачи заданной величины мощности сигнала в заданное сопротивление нагрузки. Эта мощность должна отдаваться при допустимом уровне нелинейных и частотных искажений, а также при возможно меньшем потреблении энергии от источников питания.

Каскады усилителя мощности в зависимости от условий их работы могут быть весьма различны по использованию в них типов усилительных элементов, рабочих режимов, схем каскадов. Выбор усилительного элемента, способа его включения, режима работы, эквивалентного сопротивления нагрузки выходной цепи, смещении на управляющем электроде и т.п. производится исходя из требований, предъявляемых к усилителю.

Специфической особенностью каскада усилителя мощности является весьма полное использование характеристик усилительного элемента из-за большой амплитуды входного сигнала, вследствие чего параметры усилительного элемента за период сигнала изменяются в широких пределах. Поэтому расчет отдаваемой мощности, коэффициента усиления, коэффициента гармоник и т.п. производят графическим способом по характеристикам усилительного элемента.

Транзисторы в каскадах мощного усиления обычно включаются с общим эмиттером, общим коллектором или общей базой. В первом случае коэффициент усиления по мощности получается максимальным. Схема с общей базой позволяет получить меньший коэффициент гармоник и хорошую стабильность каскада при изменении температуры и других параметров. Однако от предыдущего каскада требуется большой ток. Включение транзистора с общим коллектором в каскадах мощного усиления применяется, в основном, в усилителях с без трансформаторным выходом.

2) Выбираем тип транзистора:

При этом учитывается:

- допустимая мощность, рассеиваемая в коллекторе

Р_{К доп} ? 2,5• Р_~

где Р_~ = Рн / 2•з_тр = 19 / 2 *0,9 = 10,5 Вт

где Рн - мощность сигнала, отдаваемая транзистором;

з_тр - КПД трансформатора

тогда Р_{К доп} ? 2,5 Р_~ = 2,5• 10,5 = 26,25 Вт

- граничная частота усиления:fm >> f в ;

- наибольшее предполагаемое напряжение коллектор-эмиттер U_{КЭ доп} > U_{КЭ мах}

3) Выписываем паспортные данные транзистора и строим по справочным данным выходную и входную характеристики:

- тип транзистора КТ 819 А

- структура n-p-n

- коэффициент усиления тока базы, (h₂₁) Kiб = 20…45

- предельная частота усиления fм = 3 МГц

- максимальный ток коллектора i_{к мах} = 10 A

- максимальное напряжение коллектор-эмиттер U _{кэ мах} (U_{к доп} ) = 40 В

- максимальная мощность, рассеиваемая коллектором Р_{к мах} = 50 Вт

4) Выбираем напряжение источника питания:

Е = (0,3 … 0,4)•U_{к доп} = 0,4 • 40 = 16 В

5) Найдём напряжение питания цепи коллектор-эмиттер:

U₀ = E - ?Uтр - ?Uэ = 16 - 1,6 - 1,44 = 12,96 В

где ?Uтр = 0,1•Е = 0,1•16 = 1,6 В

?Uэ = 0,09•Е = 0,09•16 = 1,44 В

6) Определяем ток покоя выходного транзистора:

где з_А - КПД каскада в режиме А

7) Найти сопротивление нагрузки выходной цепи переменному току:

R=U₀²/ 2P=12.96²/210.5=7.9

8) На семействе выходных характеристик выбранного транзистора отмечаем точку покоя О с координатами U₀, I₀: (см. рис. 2 );

9) Проводим через точки О и С нагрузочную прямую для сопротивления R_~ (точка С имеет координаты: Iк = 0, U_кэ = U₀ +I₀ • R_~=27,18 В ) (см. рис. 2)



Рисунок 2 - Входные и выходные характеристики транзистора КТ 819 А

10) Определяем мощность, отдаваемую транзистором в выбранном режиме:

Р^I_~ = 0,125•( Iк max - I k min )²•R_~= 0.125•( 3,4 - 0 )² • 7,9 = 11,41 Вт

11) Сравниваем Р^I_~ с требуемым Р_~:

Видим что условие выполняется: Р^I_~ > Р_~ ( т.е. 11,41 10,5 )

12) На статическую входную характеристику переносим точки I_{б max} и I_{б min}, соответствующие I_{к max} и I_{к min} (см. рис. 2)

Iк max = 3,4 А; Iк min = 0,15 А; Iб max = 0.15 А; Iб min = 0,005 А;

13) По остаточной входной характеристике находим размах входного напряжения сигнала и входного тока:

2Uвх = U бэ max - U бэ min = 2 - 0,75 = 1.25 В

2 Iвх = Iб max - Iб min = 150 - 5 = 0,149 mА

14) Определяем напряжение на входе, соответствующее точке покоя:

Uо вх = Uоб = 1,4 В

15) Определяем мощность сигнала на входе:

16) Находим входное сопротивление переменному току:

2Uвых=Uкэ max - Uкэ min= 27-1=26В

17) Находим коэффициент усиления каскада по мощности и напряжению:

18) Строим сквозную статическую характеристику, для чего:

- определяем ЭДС источника сигнала

еист = U_бэ + I_б •R_ИСТ

где R_ИСТ = 5 •R_ВХ = 5 •8,6 = 43 Ом

- данные для сквозной характеристики заносим в таблицу №1

Таблица №1

№	IК	Iб	UБЭ	еист
1	3.4	0.15	2	8.45
2	2.3	0.05	1.5	3.65
3	1.8	0.04	1.4	3.12
4	1	0.025	1.3	2.37
5	0.15	0.005	0.75	0.965

- строим зависимость Iк = f (е _ИСТ)

3. Проведём расчёт гармонических составляющих выходного тока

Для этого на сквозной характеристике отмечаем пять ночек, соответствующие расчётной ЭДС источника сигнала (е _{ИСТ МАХ}), половине расчётной амплитуды ЭДС источника сигнала (0,5 е _{ИСТ МАХ}), точке покоя (0 точка отсутствия сигнала), половине отрицательной ЭДС источника сигнала, отрицательной амплитуде ЭДС источника сигнала. Значение выходного тока в этих пяти точках обозначим соответственно через I _МАХ, I ₁, I ₀, I ₂, I _MIN, тогда амплитуды первой, второй, третьей и четвёртой гармоник выходного тока I _1М, I _2М, I _3М, I _4М и постоянную составляющую можно найти из выражений:



Правильность вычислений можно проверить по формуле:

Определяем сопротивление первичной обмотки трансформатора:

где С -- отношение сопротивления первичной обмотки R₁ к приведенному сопротивлению вторичной обмотки R'₂. При отсутствии постоянной составляющей в обмотках трансформатора величину С принимают равной единице. В выходных каскадах усилителя мощности, работающих в режиме класса А, через первичную обмотку протекает постоянная составляющая тока питания. В таких каскадах для снижения падения напряжения питания на первичной обмотке и повышения КПД значение С берут порядка 0,6...0,8.

Находим сопротивление вторичной обмотки трансформатора:



Необходимый коэффициент трансформации будет:

Определяем минимально необходимую индуктивность первичной обмотки трансформатора на нижней частоте:

Принимаем индуктивность рассеяния: L_S = 0,01·L₁ = 0.01·0.063 = 0.00063 Гн

Находим частотные искажения, вносимые трансформатором на высоких частотах:



Находим сопротивление эмиттерной стабилизации:

Рассчитываем делитель смещения:

где I _g = (1...3) · I_ОБ для каскадов мощного усиления,

где Е' - напряжение после фильтра питания делителя (Е^I = E - 2 = 12 B )

4. Трансформаторный каскад предварительного усиления

Каскад предварительного усиления предназначен для усиления тока или напряжения сигнала, создаваемого источником сигнала, до величины, необходимой для подачи на вход каскада мощного усиления.

Условия работы каскадов предварительного усиления весьма разнообразны, вследствие этого в них применяют различные по типу элементы, способы их включения и схемы каскадов.

Для уменьшения количества каскадов предварительного усиления в них используют усилительные элементы с высоким коэффициентом усиления. Способ их включения, режим работы, положение точки покоя, электрические данные межкаскадной связи выбираются таким образом, чтобы получить от каскада наибольшее усиление при допустимых частотных и переходных искажениях и возможно меньшим потреблением мощности от источника питания.

Специфической особенностью каскада предварительного усиления является неполное использование характеристик усилительного элемента из-за малой амплитуды входного сигнала, вследствие чего параметры элемента за период изменяются незначительно. Поэтому коэффициенты усиления тока и напряжения сигнала таких каскадов обычно определяют аналитически без построения характеристик, используя малосигнальные параметры усилительных элементов, найденные для точки покоя (или взятые из справочного материала).

Расчет трансформаторного каскада предварительного усиления ведём по аналогии с расчетом мощного каскада. R_{ВХ. ОК. К} - входное сопротивление оконечного каскада, т.к. нагрузкой каскада предварительного усиления является входная цепь оконечного каскада.

Транзистор для такого каскада выбираем маломощный, включение - с ОЭ, позволяющее получить наибольшее усиление. Режим работы должен быть экономичным, с небольшим током покоя, но не менее 1 мА.

Примем напряжение на коллекторе U = 10В.

Определяем ток покоя из выражения:

где Р~ - входная мощность оконечного каскада,

U₀ - напряжение на коллекторе транзистора каскада предварительного усиления;

з_А = 0,45 - КПД каскада в режиме А;

з_Т = 0,85 - КПД для межкаскадного трансформатора

Выбираем маломощный транзистор из числа предложенных в приложении к методическому пособию:

Выписываем паспортные данные транзистора:

- тип транзистора КТ 3102 А

- структура n-p-n

- коэффициент усиления тока базы, ( h₂₁ ) K_Iб = 100…200

- предельная частота усиления fм = 50 МГц

- максимальный ток коллектора i_{к мах} = 100 mA

- максимальное напряжение коллектор-эмиттер U _{кэ мах} (U_{к доп} ) = 50 В

- максимальная мощность, рассеиваемая коллектором Р_{к мах} = 250 мВт

- выходная проводимость h ₂₂ = 2,0 мкСм

Т. к. коэффициенты усиления такого каскада определяются аналитически без использования характеристик, ориентировочно принимаем U _0Б = 0.7 В, ток базы:



Падение напряжения на сопротивлении фильтра R_Ф составит приблизительно 1 В, а на сопротивлении эмиттерной стабилизации U_Э = (0,1 - 0,3) В.

Определяем мощность каскада предварительного усиления:

Сопротивление нагрузки переменному току определяем по аналогии с мощным каскадом.

ток транзистор стабилитрон напряжение

Требуемый коэффициент трансформации трансформатора определяем из выражения:

Определяем амплитуду напряжения на выходе каскада

Коэффициент усиления по току каскада составит:

Амплитуда переменной составляющей тока на выходе каскада:

Для входного сигнала определяем амплитуды тока и напряжения:

где R_ВХ = 2 кОм (входное сопротивление транзистора)

Определим коэффициент усиления каскада по напряжению:

39) Коэффициент усиления всего усилителя определяется следующим выражением:

5. Расчет стабилизированного источника питания

Выходное напряжение такого стабилизатора обычно отличается от напряжения стабилизации U_ст стабилитрона и может регулироваться в некоторых пределах с помощью R4 (рисунок 3). Схемы компенсационных стабилизаторов разнообразны, для расчета предлагается простая наиболее часто встречающаяся из них (рисунок 3). Регулятором напряжения служит транзистор VT1, который включен последовательно с нагрузкой. Проводимость этого транзистора постоянному току меняется автоматически в сторону, противодействующую изменению напряжения на выходе стабилизатора. Проводимость зависит от напряжения на базе транзистора, которое в свою очередь зависит от тока коллектора транзистора VT2. Изменение коллекторного тока VT2 определяется напряжением U_БЭVT2, которое в определенном масштабе пропорционально отклонению выходного напряжения стабилизатора от опорного напряжения на стабилитроне VD1. Транзистор VT2 выполняет функцию усилителя ошибки (отклонения) выходного напряжения от заданной величины. Требуемое выходное напряжение устанавливают с помощью переменного резистора R4, входящего в делитель выходного напряжения, а порог срабатывания защиты - с помощью резистора R2.

6. Выбор транзисторов

В момент включения питания через регулирующий транзистор VТ1 проходит значительный импульс тока на заряд конденсатора в питаемом устройстве, поэтому максимально допустимый ток для этого транзистора I_{к. имп.} должен быть в 3-5 раз больше заданного значения максимального тока нагрузки I_{н max}, а максимально допустимое напряжение U_{кэ max} должно быть не менее максимального значения входного напряжения стабилизатора. Транзистор усилителя цепи обратной связи VТ2 в рассматриваемом стабилизаторе может быть практически любого типа с I_{к max =} I_{н max} / h_21э, где h_21э - коэффициент усиления по току транзистора VТ1, а напряжение U_кэ, которое он должен выдерживать, равно входному напряжению стабилизатора.

Рисунок 3 - Компенсационный стабилизатор напряжения

7. Выбор стабилитрона

Стабилитрон для схемы компенсационного стабилизатора выбирают с напряжением стабилизации U_ст U_вых, а его ток стабилизации должен соответствовать следующему соотношению

I _{ст max} I _{ст min} +],

где h_21э - коэффициент усиления по току транзистора VТ1. В предложенной схеме компенсационного стабилизатора (рисунок 4) можно использовать стабилитрон с напряжением стабилизации U_cт = n•U_вых, принимая n = 0,6-0,9

Далее определяют номинальное входное напряжение по формуле

U_вх = = (20+2·5)/(1-0,05) = 31.5 В.

Сопротивления резисторов определяют по выражениям:

R1 = (10 20)(U_вх -U_вых) / I_{н max} = (10(31.5-20))/1 = 115 Ом.

- это означает, что через резистор R1 следует пропустить 5-10% тока нагрузки, что необходимо для создания начального тока через стабилитрон, который обеспечивает нормальное начало работы схемы; R1 ограничивает ток через транзистор VТ1 в момент включения и позволяет выбрать VТ1 с меньшим значением I _{к max}.

R2 = 0,7 h_21эVT1 (U_вх -U_вых +U_{БЭ VТ1}) / I_{н max} = (0,7·15·(31.5-20+0,6)/1= 121,8 Ом.

R3 = n U_вых / I_{н max} = (0,6·20)/1= 12 Ом.

R4 =100 (1- n) U_вых / I_{н max} = (100·0,4·20)/1 = 800 Ом.

К_стК _дел.R4 = 121,8/12·0,9·20 = 12 В.,

где К_дел.R4 - коэффициент деления R4. Величину максимальной рассеиваемой мощности на этих резисторах определяем из выражения Р = I²_{н max} •R

I

_{ст max} I _{ст min} +]

Проверяем КС512А:

67 > 1,3 ((1+0,1)/(1-0,05)·0,001+(0,001-0,0005)/15)

67 > 0,001

Для питания большинства устройств выпрямленное напряжение с большим уровнем пульсаций не может быть использовано, поэтому пульсации стремятся уменьшить до заданного уровня. Устройства, с помощью которых достигается снижение пульсаций, называют сглаживающими фильтрами. В качестве элементов сглаживающих фильтров применяют индуктивные катушки (дроссели) и конденсаторы, сопротивления которых зависят от частоты. У дросселя сопротивление постоянному току мало (активное сопротивление провода), а индуктивное сопротивление Х_L=щL увеличивается с ростом частоты. У конденсаторов сопротивление постоянному току равно бесконечности, а емкостное сопротивление Х_С =1/щС уменьшается с ростом частоты. Таким образом, для переменной составляющей тока индуктивное сопротивление катушки значительно больше сопротивления для постоянной составляющей. Поэтому при включении дросселя последовательно с нагрузкой падение напряжения на нагрузке от переменной составляющей тока снижается, т.е. уменьшаются пульсации выпрямленного напряжения. Конденсатор фильтра включают параллельно нагрузке, вследствие чего он замыкает переменную составляющую. Качество выпрямленного напряжения оценивают коэффициентом пульсаций

К_П = ,

где U_mог - амплитудное значение основной гармоники, а

U₀ - среднее значение выпрямленного напряжения.

Эффективность работы сглаживающего фильтра оценивают коэффициентом сглаживания К_Ф., равным отношению коэффициентов пульсаций на входе и выходе фильтра

К_Ф = = 0.67/0.03 = 22.3.

Определим сглаживающее действие одного звена Г- образного фильтра в зависимости от его параметров. Для уменьшения пульсаций необходимо, чтобы емкостное сопротивление конденсатора для переменной составляющей было много меньше сопротивления нагрузки X_С = R_Н Точно также необходимо выполнение условия

_L =

Исходя из этого, можно определить величину коэффициента сглаживания, создаваемого Г - образным фильтром, обозначив параллельное соединение Х_С и R_Н через Z₁.

К_Ф = |= - 1

Раскрывая значения Х_L и X_C, получаем К_Ф = LC - 1

Принимая во внимание, что 1/ = щ_Ф, где щ_Ф - собственная частота фильтра, находим

К_Ф = (1)

Формула (1) позволяет по известной величине К_Ф найти необходимую величину произведения LC =. Выражая L в Генри, С в микрофарадах и принимая

щ = 2рd•50 =314d,

где d = f/50=100/50=2, получаем расчетную формулу С(мкФ)•L(Гн) = , (2)

где m =f _ог /f_сети = 100/50 =2

Для получения заданной величины сглаживания нужно иметь фильтр с достаточно большим произведением LC, т.е. с малой собственной частотой. Величины L и C определяются порознь из других дополнительных условий.

LC = (10(22.3+1))/(2²·2²) = 14,5

Выбираем конденсатор Типа К50-16, 50 мкФ 25 В

L= 14.5/50= 0.29 Гн.

8. Расчет выпрямителя

Прямое сопротивление диода определяют по формуле

r_д =U_д/I₀ = 0.5/0.75 = 0.66 Ом.

где U_д - падение напряжения на диоде при среднем токе через него, равном I₀.

Величина U_д находится по ВАХ диода или принимается ориентировочно равной 0,25 0,5 В для кремниевых (большие значения соответствуют токам, близким к предельным).

Вычислив значение мощности на входе фильтра Р₀=U₀I₀ = 20·0.75 = 15 Вт. и сопротивление нагрузки выпрямителя (на входе стабилизатора) R₀, находят приведенное сопротивление трансформатора r_т по формуле

r_т=К₁ R₀ = 0.07·26.6 = 1.86, где К₁ = 0.07

Сопротивление диодов переменному току вычисляют по формуле, соответствующей схеме

r_~= 2m r_д + r_т+ r_a = 20.66+1.86 = 3.18 Ом.

где m - количество последовательно включенных диодов

Е₂ =К₃ U₀ = 0.95·20 = 19 В.

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора определяют по формуле:

I₂=1,6 I₀/ К₃ = (1.6·0.75)/0.95 = 1.26 А

Номинальное напряжение конденсатора фильтра С или С₁ должно быть не менее вычисленного по формуле U_ном? (1,3-1,5)Е₂

25?24.7

9. Расчет трансформатора малой мощности

Расчет трансформатора состоит в том, что на основе нескольких исходных величин определяют все размеры и электрические данные (упрощенный расчет). Заданными величинами являются:

Если трансформатор многообмоточный, то задаются мощностями по всем обмоткам и номинальной мощностью следует считать суммарную мощность. Прежде чем приступить к расчету примем исходные данные:

1) отношение массы стали к массе меди обмоток = 4

2) плотность тока в первичной и вторичной обмотках для медного провода j =2 А/мм²;

3) магнитная индукция в сердечнике при частоте 50Гц для электротехнической стали В=1 Тл.

Трансформатор рассчитывают в следующем порядке:

1) коэффициент трансформации n = U₁ / U_2; = 220/19 = 11.5;

2) ток вторичной обмотки I₂ = Р_н / U₂ = 15 / 19 = 0.78 А;

3) ток первичной обмотки I₁ = P_н / зU₁ = 15 / (0.65·220)= 0.1 А_, где з - к.п.д. трансформатора. Его ориентировочное значение можно взять из таблицы.

4) поперечное сечение проводов обмоток: первичной q =I₁ / j = 0.1/2=0.05, вторичной q =I₂ / j=0.78/2= 0.39, где j - плотность тока, принятая в начале расчета. По найденному сечению находят диаметр, а затем выбирают марку обмоточного провода;

5) поперечное сечение стержня сердечника S = С

где С - коэффициент при броневом сердечнике, равный 0,6 0,8; при частоте сети 50Гц сечение стержня приближенно равно S (1,2 1,4, см²; S 5 см².

6) магнитный поток в стержне сердечника Ф=ВS_с 10^-4, Вб; Ф=1·5·10^-4=0.0005 Вб.

7) число витков обмоток

первичной щ₁ = = 220/(4.44·50·0.0005) =1981.9

вторичной щ₂ = = 19/(4.44·50·0.0005) = 171.1

Литература

1) В.И. Осипов. Методические указания к курсовой работе «Промышленная электроника» «Стабилизированный источник питания» для студентов электромеханического факультета. Новосибирск 1987 г.

2) В.И. Осипов. Методические указания к курсовой работе «Расчет транзисторного усилителя» для студентов электромеханического факультета. Новосибирск 2002 г.

3) Г.Н. Горбачев и Е.Е. Чаплыгин промышленная электроника для студентов вузов. Энергоатомиздат, 1988 г.

4) А.В. Цыкина. Усилители. М.: Связь, 1966 г.

5) Конспект лекций по электронике.

Размещено на Allbest.ru