Міністерство освіти України Національний університет “Львівська політехніка” Інститут післядипломної освіти Кафедра “Електропостачання промислових підприємств міст і сільського господарства”
КУРСОВА РОБОТА «ЕЛЕКТРОННІ ПРИСТРОЇ ЕЛЕКТРОУСТАНОВОК» з дисципліни „Промислова електроніка” Львів-2005 Розрахункова частина 1.1. Вихідні дані: необхідна смуга пропускання підсилювача 400-7000Гц, тип транзистора (н-навчальний ) КТн-603А,максимальна допустима напруга база-емітер ,Uдоп=0,3В,максимальний допустимий струм бази Iбдоп=3мА, максимальна допустима напруга колектор-емітер Uкедоп=12В,максимальний допустимий струм колектора Ікдоп=300мА,максимальна допустима потужність розсіювана колектором Ркдоп=0,9Вт 1.2.Короткі теоретичні відомості. Класифікація підсилювачів може бути вироблена по декількох ознаках: за характером підсилюваних сигналів (підсилювачі гармонійних сигналів, імпульсні підсилювачі і т. д.), по роду підсилювальних елементів (транзисторні, лампові), за призначенням, кількістю каскадів, родом електроживлення і іншими показниками. Проте однією з найістотніших класифікаційних ознак є діапазон частот електричних сигналів, в межах якого даний підсилювач може задовільно працювати. Характерною особливістю сучасних електронних підсилювачів є виняткове різноманіття схем, по яких вони можуть бути побудовані. Проте серед цього різноманіття можна виділити найтиповіші схеми, що містять елементи і ланцюги, які найчастіше зустрічаються в підсилювальних пристроях незалежно від їх функціонального призначення. До числа таких типових підсилювальних схем слід віднести каскади підсилювачів низької частоти. Тому вивчення підсилювальних пристроїв доцільно почати саме з розгляду схем УНЧ, з'ясування принципів їх побудови, призначення окремих елементів і порядку їх розрахунку. Сучасні УНЧ виконуються переважно на біполярних і польових транзисторах в дискретному або інтегральному виконанні, причому підсилювачі в мікровиконанні відрізняються від своїх дискретних аналогів, головним чином, конструктивно-технологічними особливостями, схемні ж побудови принципових відмінностей не мають. Вхідний сигнал поступає на базу і змінює її потенціал відносно заземленого емітера. Це веде до зміни струму бази, а відповідно, і до зміни струму колектора і напруги на навантажувальному опорі Rк. Роздільний конденсатор Ср1 служить для запобігання протіканню постійної складової струму бази через джерело вхідного сигналу. З допомогою конденсатора Ср2 на вихід каскаду подається змінна складова напруги Uке, яка змінюється за законом вхідного сигналу, але значно перевищує його по величині. Важливу роль відіграє резистор Rб1і Rб2 в колі бази, які забезпечують вибір робочої точки на характеристиках транзистора і визначає режим роботи каскаду за постійним струмом.
Рис. 1. Схема підсилювача низької частоти Деякі нaстaнови щодо розрахунку пілсплювача Виписуємо вихідні дані з таблиці І, Креслимо схему каскаду підсилювача. Керуючись заданими параметрами транзистора, будуємо його вхідні та вихідні статичні характеристики в іменованих одиницях для свого варіанту завдання (див. рис 2, рис.З). Будуємо криву обмеження максимальної допустимої потужності Рк, шо виділяється на колекторі: Ік = f(Uке)=Ркдоп/Uке Ік =0,9/6=0,15=150мА Вона має вигляд гіперболи і повинна бути зображена на вихідних характеристиках. Згідно розрахунків крива обмеження допустимої потужності знаходиться за межами вихідних характеристик. ∆Іб=0,5Ібдоп-Ібмін/8 ∆Іб=0,5*3-0,187/8=1,47мА 5. На вихідних статичних характеристиках будуємо навантажувальну пряму виходячи з того, що транзистор повинен працювати при максимально можливих напрузі та струмові колектора, але, при цьому, навантажувальна пряма не повинна перетинати криву обмеження потужності. Навантажувальну пряму будуємо за двома точками: - точка перетину з віссюUке (при Iк=0) дає нам ЕРС джерела живлення: приймають Ек≤0,5Uкедоп. - точка перетину з віссю Ік. (приUке=0) дає нам максимальний струм колектора Ік ≤Ікдоп. Остаточно уточнюємо розміщення навантажувальної прямої так, щоб вона не перетинала криву обмеження потужності, і отримуємо остаточні значення Ек,Ік 6. На одній із вихідних характеристик у місці, що відповідає струмові Ібо перетину з навантажувальною прямою вибираємо точку спокою 0 таким чином, щоб можна було здійснити приблизно однакові переміщення вздовж навантажувальної прямої не виходячи, при цьому, на нелінійні ділянки вихідних характеристик. Записуємо координати цієї точки спокою: Uко,Іко, шо відповідають значенням початкових струму та напруги бази Ібо,Uбо. 7. Обчислюємо Rе – опір резистора емітера за формулою: Rе=(0,05÷0,03)Ек/Іео=Uрео/Іко Rе=0,5*6*/0,64=4,68Ом Оскільки Іко=0,95Іео=Іео. 8. Визначаємо опір резистора Rк в колі колектора за формулою: Rк=(Uко/Іко)-Rе=2,65/0,64-4,68=0,5Ом 9.Для розрахунку опорів Rб1 і Rб2 полільника напруги (він необхідний для забезпечення стабільного протікання струму та напруги бази Ібо,Uбо необхідно знайти величину напруги між базою та спільною шиною (землею) у режимі спокою: Uбзо=Rе*Іео+Uбо, Де, Іео-наближено =Іко Uбзо=4,68*0,64+0,108=3,1В Значення Uбо отримуємо з вихідної характеристики. 10. Струм подільника напруги, який повинен у (2. .5) разів (краще більше) перевищувати струм Ібо, дорівнює: Іп=(2÷5)Ібо Іп=4*0,64=2,56=2560мА Розраховуємо опори подільника Rб1 і Rб2: Rб1=(Ек-Uбзо)/(Іп+Ібо); Rб2= Uбзо/Іп. Rб1=(12-3,1)/(2,56+0,64)=11,42Ом Rб2=3,1/2,56=1,21Ом Максимальне значення колекторного струму Імахне повинне виходити на нелінійній ділянці вихідних характеристик, мінімальне значення Ікмін- не повинне попадати у зону, де струм Іб знаходиться у зоні насичення Іб=0 . Виходячи з цих міркувань з цих міркувань, визначаємо амплітуду вихідного сигналу та відповідні до неї значення Ікміn та Ікмах(за навантажувальною прямою). За координатами точок перетину навантажувальної прямої і відповідних статичнігх характеристик визначаємо Ібмах (за Ікмах,Uкмах) та Ібмін (за Ікмін,Uкмін). За відповідною статичною характеристикою визначаємо відповідні Uбмах,Uбмін. За амплітуду вхідного сигналу приймаємо меншу з різниць | Uбо-Uбмах| і | Uбо-Uбмін | -записуємо Uвхт. Остаточно визначаємо Uбмах=Uбо+ Uвхт, Uбмін= Uбо-Uвхт. Знаходимо остаточно уточнені відповідні їм і Ібмах, Ібмін, а на вихідних характерстиках-відповідні їм остаточні значення Uкмах,Uкмін,Ікмах,Ікмін та знаходимо амплітуду вихідного сигналу Uвихт,Івихт. Будуємо, прив'язуючи до вхідних характеристик, напругу та струм вхідного сигналу бази транзистора, а прив'язуючи до вихідних характеристик - напругу та струм колектора у вигляді відповідних синусоїд. Величина ємнісного опору Хсе для заданої частоти вхідного сигналу повинна бути приблизно у 10 разів меншою, ніж величина активного опору Rе: Хсе=0,1Rе. Хсе=0,1*4,68=0,468Ом. Ця величина ємнісного опору повинна розраховуватись при частоті підсилювального сигналу fвх. Виходячи з цього, ємність конденсатора: Се=5/πfвхср*Rе Се=5/3,14*6540*4,68=52мкФ fвхср- середня частота діапазону підсилення. Величину ємності розділювального конденсатора Ср1 необхідно вибрати такою, щоб спад змінної складової вхідної напруги на ньому не перевищував (1...2)% від амплітуди напруги вхідного сигналу ΔUср1=(0,01...0,02)Uвхт,звідси Ср1=25...50/ πfвхср*Rвх ΔUср1=0,1*0,13=0,0015 де, Rвх - розраховують з умови, що він е результатом паралельного сполучення опору Rб2 з послідовно з'єднаними опорами Rе та Rб: (у режимі спокою Rб=Uбо/Ібо); опір Rб1 молжна не враховувати. 17. Після розрахунку величин опорів Rб1,Rб2,Rк,Rе і ємностей Ср1,Се їх вибирають і номінального ряду резисторів і конденсаторів, що виготовляються, гак. щоб вони мали значення найближчі до розрахованих. 18. Визначаємо сумарну потужність. Р , що виділяється її усіх активних опорах схеми у режимі спокою: Р‗=І²ко(Rе+Rк)+(Іп+Ібо) ²*Rб1+Іп²*Rб2: Р‗=0,064²(4,68+0,5)+(2,56+0,064) ²*11,42+1,5²*1,21=97,65 Вт 19 Визначаємо потужність Рнав, що виділяється в опорі навантаження від струму змінної складової сигналу (пам'ятаючи, що в даному випадку для спрощення розрахунків Rн=Rк) Рнав=(Ікмах-Іко)2/2*Rк Рнав=(150-64,25)2/2*0,5=1,83Вт Визначимо потужність , що відбирається від джерела живлення: Рдж=Ек*Іко Рдж=12*0,064=0,768Вт 21 . Визначаємо коефіцієнт корисної дії розрахованого каскаду η=Рнав/Рдж η=0,57/0,768=0,742 22. Потужність розсіяння транзистора Рт=Рдж-Рн Рт=0,768-1,83=-1,062Вт Визначаємо коефіцієнт підсилення каскаду за напругою. струмом і потужністю. Кu=Uвихт/Uвхт, Кі =Івихт/Івхт, Кр= Кu* Кі Кu=6/0,108=55,5; Кі=150/0,93=161,2; Кр=55,5*161,2=8951,61 Згідно проведених розрахунків підсилювача низької частоти (ПНЧ) вибираємо конденсатор Ср і Се два штуки типу КМ-6 ємністю 22-1000 мкФ та резисторив колі емітера,бази та колектора типу БЛП-0,25, від 1-2000Ом та БЛП -0,1 від 1Ом-100 кОм Зміст розрахунково-графічної робот. 1. Розрахункова частина. 1.1. Вихідне завдання для конкретного варіанту. 1.2. Детальний опис роботи схеми. 1.3. Розрахунки елементів та режиму роботи схеми. 2. Графічна частина 2.1. Схема підсилювача з позначенням усіх елементів, струмів і напруг - аркуш Л4. 2.2. Часові діаграми та графіки до пояснення роботи підсилювача (міліметровій папір А4). Рекомендована література 1. Забродин Ю.О. Промышленная электроника:Учебник для вузов.- М.:Высшая школа, 1982.-496с. 2 Лапринемко П.Ю. Справочник по полупроволниковым приборам. - К. Техніка, 1970. - 380 с. 3. Теоретические основы электротехники: в 2-х т. Учебник для вузов./ Нейман Л.Р., Демирчян К.С. - 3-е изд., перераб. и доп. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отл-ние, 1981. — 536 с., ил. 4. 1нструкція до лабораторних робіт та методичні настанови для самостійного вивчення тем з курсу промнслової електроніки (№7, №11, №19). 2. Графічна частина. 2.1. Схема підсилювача з позначенням усіх елементів, струмів і напруг-аркуш А4
Рис. 1. Схема підсилювача низької частоти.