Файл: Электроника Контрольная 2.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАМИ)

Кафедра общей электротехники

ЭЛЕКТРОНИКА

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №2

По теме: «Расчёт двухтактного усилителя мощности»

Выполнил студент 3 курса: Мясников Алексей Валерьевич

Группа: 5-ЗЭ-2

Учебный шифр: 112297

Проверил: Балаев Вячеслав Викторович

Москва 2014г.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №2

1. Задача. Расчёт двухтактного усилителя мощности

1.1. Задание

Рассчитать двухтактный бестрансформаторный усилитель мощности (рис. 1). Нагрузка должна быть выбрана так, чтобы снять с транзисторов максимальную мощность при синусоидальном сигнале. Параметры транзисторов заданы в табл. 1.

Принятые обозначения: I_к.доп., U_кэ.доп., Р_к.доп ­− допус­тимые коллекторный ток, напря­жение коллектор-эмиттер, рассеиваемая мощность на коллекторе;

I_к.max, U_к.max − максимальный коллекторный ток и максимальное напряжение коллектор-эмиттер;

U_кэ,н, I_к.н. − напряжение коллектор-эмиттер и коллекторный ток в режиме насыщения;

β_min − минимальный коэффициент передачи по току.

1.2. Описание схемы

Бестрансформаторный двухтактный усилитель мощности построен на двух одинаковых по параметрам транзисторах разного типа: п-р-п (VT1) и р-п-р (VT2). Применение двух разнополярных источников пита­ния, имеющих одинаковые по модулю напряжения, позволяет подклю­чить нагрузку непосредственно к каскаду, не используя конденсаторы или трансформаторы. Оба транзистора включены по схеме эмиттерного повторителя, т.к. нагрузка включена в эмиттерные цепи.

---

Транзисторы работают в режиме класса "В". В этом режиме при отсутствии входного сигнала равны нулю напряжение база-эмиттер (U_БЭ = 0) и ток коллектора. Рабочая точка находится в точке А на вы­ходных характеристиках (рис. 2).

При положительной полуволне входного сигнала открыт транзи­стор VT1, а транзистор VT2 закрыт. При отрицательной полуволне вход­ного сигнала открыт транзистор VT2, а транзистор VT1 закрыт.

Когда открытый транзистор (например, VT1) близок к насыщению и его напряжение коллектор-эмиттер мало (U_кэ1 ≈ 0), то ко второму транзистору прикладывается напряжение двух источников питания (U_кэ2 ≈ 2Е_к). Поэтому, если задано напряжение питания Е_к, то допусти­мое напряжение коллектор-эмиттер U_кэ.доп транзистора должно быть по крайней мере в 2 раза больше, чем Е_к (U_кэ.доп ≥ 2Е_к). И, наоборот, если задано допустимое напряжение коллектор-эмиттер U_кэ.доп транзистора, то напряжение питания Е_к должно быть меньше, чем 0,5∙ U_кэ.доп .

Таблица 1

Вари­ант	Тип транзистора			Параметры транзистора
	р-п-р	п-р-п	Iк.доп А		Uкэ.доп В	Рк.доп Вт	βmin	Uкэ.н В	Iк.н А
1	КТ814А	КТ815А	1,5		40	10	40	0,6	0,5
2	КТ814В	КТ815В	1,5		70	10	40	0,6	0,5
3	КТ814Г	КТ815Г	1,5		100	10	80	0,6	0,5
4	КТ816А	КТ817А	3		40	25	25	0,6	1,0
5	КТ816В	КТ817В	3		60	25	25	0,6	1,0
6	КТ816Г	КТ817Г	3		100	25	25	0,6	1,0
7	КТ818А	КТ819А	10		40	60	15	2,0	5,0
8	КТ818В	КТ819В	10		70	60	15	2,0	5,0
9	ГТ402Б	ГТ404Б	0,5		25	2,0	60	0,5	0,4
0	ГТ402В	ГТ404В	0,5		40	2,0	80	0,5	0,4

---

---

1.3. Рассчётная часть

1. Построим выходные характеристики одного из транзисторов (рис. 2), считая, что оба транзистора имеют приблизительно одинаковые параметры.

Рис.2. Выходные характеристики транзистора.

Если в справочнике отсутствуют выходные характеристики задан­ного типа транзистора, то их можно построить по упрощённой методи­ке. В справочниках приводится значение напряжения коллектор-эмиттер U_кэ.н в режиме насыщения при определённом коллекторном токе насы­щения I_к.н. По этим данным определяется положение точки D на выход­ных характеристиках (рис. 2).

В режиме насыщения эта точка располагается на крутом (почти вертикальном) участке выходных характеристик. Соединив точку D с нача­лом координат, получим этот участок выходных характеристик. Коор­динаты точки D (U_кэ.н и I_к.н) для каждого варианта приведены в табл. 1.

Пологие (почти горизонтальные) участки характеристик в расчёте не используются, но чтобы характеристики имели завершённый вид, эти участки проводятся почти горизонтально (с небольшим наклоном) и на равном расстоянии друг от друга. При более точном построении можно учесть, что продолжения пологих участков сходятся на оси абсцисс при отрицательных значениях U_кэ от -50 В до -200 В, в зависи­мости от типа транзистора.

2. На характеристиках нанесем горизонтальную линию на уровне допустимого коллекторного тока I_к.доп и вертикальную линию, соответствующую половине допустимого напряжения коллектор-эмиттер 0,5U_кэ.доп.

3. Построим кривую допустимой рассеиваемой мощности Р_к.доп (при использовании радиатора). Для этого задаются произвольными значениями напряжения U_кэ в пределах от 0 до 0,5 U_кэ.доп (например, используя ряд значений 5 В, 10 В, 15 В и т.д. или ряд 10 В, 20 В, 30 В и т.д.) и затем определяем соответствующие им значения коллекторного тока I_к = Р_к.доп / U_кэ. Результаты занесем в табл.2. Координаты точек (U_кэ, I_к) нанести на выходные характеристики и через них провести кривую Р_к.доп.

---

Таблица 2

Uкэ, В	5	10	15	20
Iк, А	12	6	4	3

2. На характеристике проведем линию нагрузки АЕ так, чтобы снять с транзистора максимальную мощность. Для этого пло­щадь треугольника ABC должна быть мак­симальной (рис. 2). Но линия нагрузки не должна выходить за пределы ограничитель­ных линий Р_к.доп, I_к.доп, 0,5U_кэ.доп. Для надёжной работы транзистора желательно иметь некоторый запас по току и напряжению, поэтому вы­бираем I_кз < I_к.доп и Е_к< 0,5U_кэ.доп (т.е. 95% от максимального значения).

   5. Определим точки пересечения линии нагрузки с осями коорди­нат, и по этим точкам определим напряжение питания Е_к и ток коротко­го замыкания I_кз.

Е_к = 19В, I_кз = 9,5А

Рассчитаем оптимальное сопротивление нагрузки R_H = E_K / I_кз.

R_H = 19 / 9,5 = 2 Ом.

5. Отметим точку В, которая лежит на пересечении линии нагрузки АЕ с прямой насыщения 0D. По графику определим амплитуды коллекторного тока I_к.max и выходного напряжения U_вых.max.

I_к.max = 7,92 А; U_вых.max = 19−3,17= 15,83 В.

5. Рассчитаем выходную мощность Р_вых, как произведение дейст­вующих значений тока I_к.д и напряжения U_вых.д, которые меньше ам­плитудных значений в раз:

---