Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Дослідження безтрансформаторного підсилювача потужності
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
ІТРЕ
Факультет:
Радіотехніка
Кафедра:
Кафедра радіоелектронних пристроїв та систем (РЕПС)
Інформація про роботу
Рік:
2013
Тип роботи:
Методичні вказівки до лабораторної роботи
Предмет:
Аналогові та електронні пристрої
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
“ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
ІНСТИТУТ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙ,РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОННОЇ ТЕХНІКИ
КАФЕДРА РЕПС
Дослідження безтрансформаторного підсилювача потужності
Методичні вказівки до лабораторної роботи
з дисципліни “Аналогові електроні пристрої”
для студентів напрямку 6.0907 “Радіотехніка”
Всі цитати, цифровий і фактичний
матеріал, бібліографічні відомості
перевірені, написання одиниць
відповідає стандартам.
Затверджено на
засіданні кафедри
радіоелектронних пристроїв
Протокол ____від_______________
Львів “ЛП” – 1996
Дослідження безтрансформаторного підсилювача потужності:
Методичні вказівки до лабораторної роботи з дисципліни “Аналогові електронні пристрої” для студентів напрямку 6.0907 “Радіотехніка” / Уклад. І. І. Блажкевич, В. І. Шклярський. – Львів: Видавництво державного університету “Львівська політехніка”. 1996.
Укладачі: І.І. Блажкевич, к. т. н., доц.
В. І. Шклярський, к. т. н., ст. н. с.
Відповідальний за випуск: З. Д. Грицьків, д. т. н., проф.
Рецезенти: В. Д. Голинський, к. т. н., доц.
К. С. Семенистий, к. т. н., доц.
МЕТА РОБОТИ
Метою роботи є дослідження характеристик та енергетичних параметрів безтрансформаторного підсилювача потужності на біполярних транзисторах.
ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА
Підсилювач потужності є вихідним підсилювачем, який призначений для передачі в навантаження заданої потужності.
У вихідних підсилювачем потужножності використовують режими підсилення класів А, В, АВ [1]. При необхідності одержання мінімальних нелінійних спотворень застосовують режим підсилення класу А (рис. 1). Але при цьому коефіцієнт корисної дії (η) каскаду менший 0.5, тобто економічність каскаду низька. Для підвищення коефіцієнта корисної дії в підсилювачах потужності використовують режим підсилення класу В. у цьому випадку значення η може досягати значення 0.785, однак зростають нелінійні спотворення.
Практичний інтерес складає підсилення класу АВ, коли робоча точка на характеристиці (рис. 1) лежить між робочими точками режимів класів А і В. у режимі АВ коефіцієнт η менший, ніж у режимі класу В, але більший, ніж у режимі класу А. при роботі у режимі класу АВ нелінійні спотворення менші ніж в режимі класу В, але дещо більші ніж в режимі класу А.
Останнім часом найбільше застосування одержали безтрансформаторні підсилювачі потужності. Їх виконують як на дискретних елементах, так і в інтегральному виконанні. На рис.2,а показана одна із можливих схем безтрансформаторного підсилювача потужності. Цей підсилювач двотактний і збирається на транзисторах різного типу провідності (комплементарні пари): VT1 – типу n-p-n, а VT2 – типу p-n-p. Обидва транзистора вмикаються за схемою зі загальним колектором, що забезпечує оптимальне узгодження навантаження з вихідним опором підсилювача.
Комплементарні пари транзисторів для виконання підсилювачів потужності на дискретних елементах випускаються промисловістю і до них можна віднести (n-p-n та p-n-p) відповідно: КТ315 - КТ361, КТ102 – КТ3107, КТ815 – КТ814, тощо.
Роботу безтрансформаторного підсилювача потужності зручно пояснити за часовими діаграмами (рис. 2,б).
При додатній півхвилі напруги збудження в навантажені появляється струм , який протікає через відкритий транзистор VT1 (n-p-n типу). При відємній півхвилі напруги опора протікає струм , оскільки відкритий транзистор VT2 (p-n-p типу). Таким чином в навантаженні форма струму буде повторювати форму вхідного сигнала (рис. 2,б).
Режим В забезпечує високий η, але вносить підвищений рівень нелінійних спотворень, обумовлений кривизною початкової ділянки передаточної характеристики транзистора , внаслідок чого зуміщення характеристик обох транзисторів (рис. 3,а), що являє собою залежність їх різнецевого струму , має “сходинку” при переході через нуль. Це викликає так звані центральні “сходинки” на синусоїді різницевого струму (рис. 3,б), а значить, і вихідної напруги. Для їх вилучення застосовують режим АВ, в якому початкове зміщення робочих точок транзисторів А і А’ подається невелике і їх вибирають на середині початкових криволінійних ділянок передаточних характеристик (рис. 3,в).
Суміщаючи характеристики транзисторів по напрузі точками А і А’ одержують характеристику різницевого струму у вигляді прямої (штрихова лінія) і “сходинок” не виникає. В режимі АВ при малих струмах оба плеча працює одночасно як в режимі А.
Основними параметрами підсилювача потужності є потужність яка виділяється в опорі навантаження, коефіцієнт корисної дії η та коефіцієнт нелінійних спотворень .
Потужність, яка віддається підсилювачем у навантаження визначається із співвідношення:
. (1)
Очевидно, що і , де , - амплітуди напруги та струму колекторного кола.
Знаючи велечину і те, що струм в навантаженні при роботі кожного плеча має таку форму, як при однопівперіодному випрямленні (рис. 2,б), можна записати співвідношення між середнім та амплітудним значеннями струму (за розкладом в ряд Фур’є):
(2)
Потужність, споживана підсилювачем від джерела живлення:
, (3)
тоді η дорівнює:
. (4)
В граничному випадку, коли , найбільше значення η буде дорівнювати .
Важливим параметром вихідного підсилювача потужності є рівень нелінійних спотворень, який оцінюється коефіцієнтом гармонік:
, (5)
де, , - діючі значення відповідно n-ї та першої гармоніки складової напруги вихідного сигналу.
Розрахунок схеми вихідного підсилювача потужності, виконаного за безтрансформаторною схемою на біполярних транзисторах (рис. 4) проводиться в такій послідовності [3].
За даними значеннями потужності в навантаженні проводиться визначення амплітудних значень напруги та струму в навантажені:
; . (6)
За значенням визначають напругу живлення одного з двох джерел двополярного джерела:
, (7)
де - залишкова напруга, яка враховує значення :
. (8)
Розраховують максимальне значення потужності, яка розсіюється на колекторі:
. (9)
Транзистори вибираємо по потужності з умови
При виборі транзисторів кожного плеча пари необхідно використати визначено по (6) і перевірити виконання умови , .
Вхідний опір вихідного каскаду визначається за співвідношенням:
, (10)
де - коефіцієнт передачі базового струму VT1(VT2). Величину опору резистора знаходимо з умови:
, (11)
е R – 8 кОм; I – 6 мА; E – 6 В.
Рис. 1. До пояснення режимів підсилювача потужності класів А, В та АВ
Рис. 2. Принципова схема (а) підсилювача потужності та часові діаграми (б).
Рис. 3. До пояснення режимів роботи підсилювача потужності класів В та АВ (вхідні характеристики транзисторів).
Рис. 4. Принципова електрична схема лабораторного макету.
ЗАВДАННЯ ДО РОЗРАХУНКУ
Розрахувати основні параметри та елементи схеми вихідного безтрансформаторного каскаду, виконаного на транзисторах КТ315В та КТ361В (рис. 4) для забезпечення на опорі навантаження =100 Ом потужності =0.5 Вт.
В процесі розрахунку необхідно визначити: напруги живлення (рис. 4); номінальне значення резисторів R1(R2) та вхідний опір каскаду.
При розрахунку вхідного опору каскаду необхідно врахувати, що каскад повинен узгоджуватися за напругою з попереднім каскадом.
Основні параметри транзисторів КТ315В (КТ331В): =30B; =30+120; =150мВт; =100мА; =0,63В.
Розрахунки провести за формулами (6 - 11).
ОПИС МАКЕТУ
Лабораторний макет, принципова схема якого наведена на рис. 4 зібраний в загальному корпусі, в якому розміщені окремі вузли підсилювальних пристроїв. На передній панелі наведена електрична принципова схема безтрансформаторного вихідного підсилювача потужності.
Ввімкнення макету здійснюється тумблером, розміщеним у верхньому правому куті передньої панелі “±E”.
Перемикач S1 служить для зміни режиму роботи каскаду (перехід з режиму класу “AB” – положення 1 в режимі “B” – положення 2) та опору навантаження (S1Б – 1,2).
ЗАВДАННЯ ДО ЕКСПЕРЕМЕНТУ
Вихідний підсилювач потужності наведений на рис. 4. Підімкнути осцилограф до виходу підсилювача “ВИХ”, вхід “ВХ” до генератору сигналу. Ввімкнути живлення “±E”. На вхід підсилювача подати сигнал частотою 1кГц. Встановити такий рівень сигналу на вході, при якому на виході не буде обмеження сигналу.
Зняти амплітудо-частотну характеристику (АЧХ) каскаду в діапазоні частот 0,1 - 200 кГц. Сітку частот вказує викладач. АЧХ зняти для двох положень перемикача S1Б.
З екрана осцилографа зняти осцилограми вихідного сигналу (f=1кГц) для двох положень перемикача S1А.
ЗМІСТ ЗВІТУ
Коротка теоретична частина.
Результати розрахунку.
Результати експерименту у вигляді таблиць та графіків.
Висновки.
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
Пояснити роботу вихідного безтрансформаторного каскаду в різних режимах роботи.
Пояснити, в якому випадку створюється форма вихідного сигналу (з’являється “сходинка”), яким чином усувають ці спотворення.
Яким чином вибирають напругу живлення вихідного каскаду?
Пояснити, як визначають вхідний опір каскаду.
Як вибирають транзистори вихідного каскаду?
ЛІТЕРАТУРА
Войшвилло Г. В. Усилительные устройства: Учебник для ВУЗов. – 2-е изд. перераб и доп. – М.: Радио и связь, 1983. – 264 с.
Головин О. В. , Кубицкий А. А. Электронные усилители: Учебник- М.: Радио и связь, 1983. – 320 с.
Алексеев А. Г. и др. Усилительные устройства. Сборник задач и упражнений: Учебное пособие для ВУЗов А. Г. Алексеев, Г. В. Войшвилло, И. А. Трискало; Под ред. Г. В. Войшвилло. – Радио и связь, 1986. – 160 с.
05.03.2013 19:03-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора