Исходные данные для расчета
В качестве исходных данных для расчета задаются параметры нагрузки, характер нагрузки (активная либо активно – индуктивная), напряжение источников питания Ек и смещения Есм.
В качестве исходных данных для примера расчета принимаем следующие параметры:
Рн = 50 Вт;
Ек = – 24 В;
Есм = + 6 В.
Нагрузка активно – индуктивная.
Условия расчета
Рассматривается расчет всех электрических цепей, необходимых для управления выходным транзистором V2. При этом исходим из предположения, что ключевой режим работы транзистора V1 обеспечивается частью схемы усилителя, предшествующей входным зажимам, показанным на рис.12.
Выполнение расчетов тепловых режимов работы транзисторов не предусмотрено с целью уменьшения объема расчетного задания.
Порядок расчета
7.5.1. Определяем параметры нагрузки:
а) ток нагрузки
б) сопротивление нагрузки
7.5.2. Расчет параметров и выбор выходного транзистора V2
а) определяем коллекторный ток транзистора V2 в режиме насыщения
Iк2 нас = Iн = 2.08 A;
б) определяем напряжение на транзисторе V2 в закрытом состоянии
Uкэ2 макс = Ек = 24 В;
в) для установки в схему выбираем транзистор типа П213 со следующими параметрами.
Максимально допустимый ток коллектора
Iк макс доп. = 5 А.
Максимально допустимое напряжение эмиттер – коллектор
U кэ макс доп. = 45 В.
Тепловой ток коллектора
Iк 0 (200 С) = 0.15 мА.
Остаточное падение напряжения на открытом транзисторе
∆Uкэ = 0.5 В.
Коэффициент усиления по току
β = 20 
50.
7.5.3. Расчет цепи напряжения транзистора V2:
а) определяем величину тока базы транзистора V2 в режиме насыщения
Iб2 нас = 
где Кнас – коэффициент насыщения, принимается равным 1.4 1.6;
б) определяем полное сопротивление цепи насыщения, состоящее из суммы сопротивлений резисторов R1 и R2,
Rнас = R1 + R2 = 
где Uэб2 нас – падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора V2 в режиме насыщения. Определяется по входной характеристике транзистора. При отсутствии справочных данных можно приблизительно полагать Uэб нас ≈ 0.5 В – для германиевых транзисторов и Uэб нас ≈ 1 В – для кремниевых;
в) определяем сопротивление резисторов R1 и R2, полагая, что R1 = 0.8Rнас;
R2 = 0.2Rнас:
R1 = 0.8Rнас = 0.8 ∙ 151 = 121 Ом;
R2 = 0.2Rнас = 0.2 ∙ 151 = 30 Ом.
7.5.4. Расчет параметров и выбор управляющего транзистора V1:
а) определяем максимальный коллекторный ток транзистора (в состоянии насыщения)
Iк1 нас = 
б) определяем максимальное напряжение на коллекторе транзистора V1 (в состоянии отсечки)
Uкэ1 отс. ≈ Ек 
в) для установки в схему выбираем транзистор типа МП – 25А со следующими основными параметрами.
Максимально допустимый ток коллектора Iк макс доп = 400 мА.
Максимально допустимое напряжение коллектор – эмиттер Uкэ макс доп = 40 В.
Остаточное падение напряжения на открытом транзисторе ∆Uкэ нас 
В.
Коэффициент усиления β = 20 
7.5.5. Расчет цепи запирания транзистора V2:
а) задаемся величиной запирающего напряжения на базе транзистора V2
Uзап 2 = 0.2 В;
б) определяем величину падения напряжения на резисторе R2, необходимого для запирания транзистора V2,
U 
= Uзап2 + ΔUкэ1 нас = 0.2 + 1 = 1.2 В;
в) определяем величину тока, проходящего через резистор R2, когда транзистор V2 находится в состоянии отсечки,
I 
= 
г) проверяем условие I < Iк1 нас:
0.04 < 0.2;
д) определяем величину тока, протекающего через резистор R3, когда транзистор V2 находится в состоянии отсечки,
I 
= I + Iк 0 V 
= 40 + 0.2 = 40.2 мА;
е) определяем падение напряжения на резисторе R3
U = Eсм – Uзап2 = 6 – 0.2 = 5.8 В;
ж) определяем сопротивление резистора R3:
R3 = 
7.5.6. Расчет параметров входного сигнала:
а) определяем входной ток, необходимый для перевода транзистора V1 в режим насыщения,
Iвх = Iб1 нас = 
б) определяем напряжение входного сигнала по входной характеристике транзистора V1 (при отсутствии справочных данных принимаем приближенно Uвх ≈ 0.5 В)
Uвх ≈ 0.5 В;
в) определяем мощность входного сигнала
Рвх = Uвх Iвх = 0.5 ∙ 0.015 = 0.0075 Вт;
г) определяем коэффициент усиления каскада по мощности
КР = 
7.5.7. Расчет параметров диода V3.
Диод V3 вводится в схему лишь в том случае, если нагрузка имеет активно – индуктивный характер (обмотка реле и т.п.), и служит для замыкания тока самоиндукции силового транзистора. В противном случае э.д.с. самоиндукции неизбежно вызывает пробой транзистора, что приводит к выходу его из строя.
Расчет параметров и выбор диода V3 производится в следующем порядке:
а) определяется максимальное напряжение на диоде V3
Ua3 макс = Eк = 24 B;
б) определяем максимальную величину тока диода V3
Ia3 макс = Iн макс = 2.08 А;
в) для установки в схему выбираем диод типа Д303 со следующими основными параметрами.
- Максимально допустимый выпрямленный ток (среднее значение)
Iа макс доп. = 3.0 А.
- Максимально допустимое обратное напряжение
Uобр макс (200 С) = 150 В;
Uобр макс (100 С) = 50 В.
Задание для самостоятельной работы
Произвести расчет транзисторного усилителя, работающего в режиме переключения. Исходные данные для расчета приведены в таблице 12.
Таблица 12
| Напряжение источника питания Ек, В | Мощность нагрузки Рн, Вт | |||||
Нагрузка активно – индуктивная.
Напряжение вспомогательного источника Есм = 6 В.
Литература
1. В.Б. Никитин. Расчет электронных схем. Методические указания к практическим занятиям по курсу “Судовая электроника и элементы автоматики”. Мурманск, 1978.
2. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам. Под общ. ред. Н.Н.Горюнова. Изд. 4-е. М., «Энергия», 1976.
3. Чебовский О.Г., Моисеев Л.Г., Сахаров Ю.В. Силовые полупроводниковые приборы. Справочник. М., «Энергия», 1975.
4. Верхопятницкий П.Д. Электрические элементы судовых радиоэлектронных и вычислительных устройств. Л., «Судостроение», 1967.
5. Краткий справочник конструктора РЭА. М., «Советское радио», 1972.
6. Почепа А.М. Путеводитель по расчетам электрорадиоустройств. Одесса, «Маяк», 1973.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
Тема 1. Выбор элементов при конструировании электронных устройств . . . . . . 2
Тема 2. Расчет маломощных выпрямителей, работающих на активную нагрузку . . . 6
Тема 3. Расчет маломощных выпрямителей, работающих на емкостную нагрузку ..10
Тема 4. Расчет мощных выпрямителей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Тема 5. Расчет усилительных каскадов с емкостной связью . . . . . . . . . . . . . . . . .19
Тема 6. Расчет двухтактных усилителей мощности класса В . . . . . . . . . . . . . . . .24
Тема 7. Расчет транзисторных усилителей, работающих в режиме переключения . .27
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31