Расчет усилителя НЧ

тогда:

                           U₂  = U’_B + 2* U_VD                                               (3.13)

                              U₂ = 7,57 + 2*1 = 15,1 В. 
 
 
 
 
 

1.4 РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ  ЭЛЕМЕНТОВ И ПАРАМЕТРОВ  ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ

          

              Расчёт блока питания

       

              Расчет выпрямителя

По току нагрузки определяют максимальный ток, протекающий  через каждый диод выпрямительного  моста.

                                  I_D = 0,5*С*I_Н;                                          (4.1)

где       I_D - ток через диод , А ;

I_Н - максимальный ток нагрузки на выходе (I_Н = 2,25мА);

С - коэффициент, зависящий от нагрузки и равный 1,4.

                            I_D = 0,5 * 1,4 * 5,25*10 ^-3 = 3,67мА 

      Далее подсчитывают обратное напряжение, которое будет приложено к каждому диоду выпрямителя:

                            U_обр =1.5*U_{В.  max}                                                                              (4.2)

где    U_обр - обратное напряжение, В;

U_{В.  max}  - максимальное напряжение на стабилизаторе, В.

                        U_обр =1,5* 13,25= 19,8 В 

Теперь можно  выбрать диоды, у которых значения выпрямленного тока и допустимого  обратного напряжения равны или  превышают расчётные.

Выбираем кремниевые диоды типа КД103А, имеющие следующие параметры:

•   Uoбр.mах = 50 В;

•   I вп.ср.mах = 0,1 А;

•   Uпр. = 1 В;

•   Iобр. = 0,0004 мА. 

   Расчет сглаживающего фильтра

Действие     сглаживающего     фильтра     оценивается     коэффициентом  сглаживания.

Минимальная суммарная емкость фильтра находится из условия:

                        С_min = 10⁶/R_H                                                                    (4.3)

                    С_min = 10⁶/200*50 = 100 мкФ

Выбираем конденсатор  С1 К50-100 ёмкостью 10 мкФ на 25 В. 

              Расчет стабилизатора 

             При расчете стабилизатора напряжения исходными являются номинальное входное напряжение и пределы его изменения, выходное напряжение стабилизатора (и пределы его регулирования), тип нагрузки, коэффициент стабилизации, выходное сопротивление, температурная нестабильность выходного напряжения, а также параметры полупроводниковых приборов.

           Порядок расчета обычно следующий:

•   По заданным энергетическим параметрам стабилизаторов

определяются требования к источнику питания

(выпрямителю)   стабилизатора.

•        Производится расчет выпрямителя и  сглаживающего  фильтра при питании  стабилизатора от сети переменного  тока. При этом желательно стремиться к уменьшению внутреннего сопротивления  выпрямителя, что улучшает коэффициент стабилизации и снижает выходное сопротивление схемы.

•     Выбираются транзисторы регулирующего  элемента, и предварительно оценивается  к. п. д. стабилизатора.

•      Исходя из заданного значения предельной температуры окружающей среды     и     рассчитанного     значения     мощности,     выделяемой     на регулирующем   элементе,   производится   расчет   радиаторов   мощных регулирующих транзисторов.

•          Исходя   из   заданного   выходного   напряжения   и   диапазона   его регулировки, коэффициента стабилизации, выходного сопротивления и температурной нестабильности, выбираются схема сравнения и УПТ в цепи   обратной   связи.   Рассчитываются   основные   элементы   схемы сравнения и усилителя,  а также проверяется допустимость режимов транзисторов.

•      На основании выбранных параметров ориентировочно определяются коэффициент   стабилизации   и   выходное   сопротивление.   Если   они  получились неудовлетворительными, применяют  дополнительные каскады усиления либо другие меры, например   использование стабилизированного вспомогательного источника напряжения для питания усилительного каскада.   После этого вносят необходимые  изменения в схему стабилизатора (выпрямителя)     и     рассчитывают     вспомогательные     параметрические стабилизаторы напряжения.  Выбираются элементы термокомпенсации  и элементы,   обеспечивающие   устойчивость   стабилизатора.   Выбирается   и рассчитывается   схема   защиты.   Уточняются   энергетические   параметры стабилизатора и выпрямителей основного и вспомогательного напряжений, рассчитываются выпрямители, сглаживающие фильтры и трансформаторы (при питании стабилизатора от сети переменного тока).

Основываясь на рассчитанном коэффициенте стабилизации можно сделать вывод, что в  качестве стабилизатора напряжения можно применить любой тип стабилизатора напряжения (параметрические или компенсационные).

Применение параметрического стабилизатора напряжения по схеме  «сопротивление - стабилитрон» невозможно из-за низкого КПД стабилизатора и большого тока нагрузки.

     Добавив к этой схеме транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером вопрос о большой нагрузке можно снять, если не принять во внимание, что стабильность выходного напряжения будет поддерживаться исключительно при изменении входного напряжения и постоянстве нагрузке. При воздействии возмущения еще и от нагрузки, способность работы таких стабилизаторов резко уменьшается.

     Выходом из этого положения возможно применение последовательного компенсационного стабилизатора постоянного напряжения. Они обеспечивают большую стабильность, больший диапазон стабилизируемых напряжений при больших изменениях токов нагрузки.

     Компенсационные стабилизаторы представляют собой системы автоматического регулирования, которые измеряют выходное напряжение, сравнивают его значение с опорным, вырабатывают сигнал рассогласования, который, воздействуя на регулируемый элемент, устанавливает заданный уровень выходного напряжения стабилизатора.

      Более широкие возможности для повышения качества и, главное, для повышения выходной мощности и расширения диапазонов стабилизации напряжения дают компенсационные стабилизаторы напряжения. Они отличаются от параметрических тем, что в них фактическое выходное напряжение, сравнивается с напряжением опорного источника. В зависимости от знака рассогласования регулирующий элемент стабилизатора стремится вернуть выходное напряжение к прежнему уровню. Таким образом, компенсационный стабилизатор напряжения представляет собой типичную систему автоматического регулирования, основные элементы которой имеют передаточные коэффициенты:

 Кор - схемы сравнения с источником опорного напряжения,

 К_у - усилителя рассогласования,

 К_р - регулирующего (силового) элемента со стороны управляющего воздействия и

 К_п - со стороны входного напряжения источника питания.

       Необходимо отметить, что коэффициент стабилизации по току в значительной мере зависит от коэффициента усиления по току регулирующего транзистора VT1. Действительно при увеличении коэффициента усиления транзистора, что имеет место при использовании составного транзистора, заданное изменение тока нагрузки может быть обеспечено при меньшем приращении тока базы. Поэтому применим в качестве регулирующего элемента составной транзистор (VТ1 и VТ2).

       Схема  стабилизатора  напряжения,  удовлетворяющего  заданным условиям, представлена в приложении 1. 

            Рассчитаем   транзисторный   компенсационный   стабилизатор напряжения исходя из приведенной схемы.

            Максимальное падение напряжения на регулирующем транзисторе Т1:

               U_{кэ T1.max} = U_Вх.max - U_Вых..min (4.4)

                U_{кэ T1.max} =13,25-0,95= 12,3 В.

            Максимальная мощность рассеяния  на транзисторе Т1 :

               P_{к T1.max} =U_{кэ T1.max} *I_{вых max}                                                                   (4.5)

                P_{к T1.max} =12.3 *0.00525=6.45 мВт.

 

           Для регулирующего элемента важно иметь большое значение усиления по току h_21Э. Поэтому выбираем в качестве регулирующего элемента транзистор 2Т825Е, у которого:

• U_кэ.max = 25 B;
• h_21Э=75÷180 ;
• I к mах = 20 мА;
• Р_{к mах}= 125 ВТ.

                                   I_{Б. MAX} = I_{H. MAX} /h₂₁ = 5.25 / 75 0.07 мА;

                                   I_{Б. MIN} = I_{H. MIN} /h₂₁ = 4.75 / 75 0.06 мА 

           Рассчитаем ток коллектора транзистора Т2:

                   I_{K T2} = (3÷5)*I_Вых.max / h_{21Э T1} (4.6)

                   I_{K T2} =(3*5.25/75 ) ÷ (5*4.75 / 75)=0.21÷0.31 мкА 

        Мощность транзистора Т2 равна:

                   P_{к T2} =U_{кэ T2} *I_{K. T2}                                                                           (4.7)

                P_{к T2} =12.3 *0.31=3.89 мВт.

      

        Выбираем транзистор КТ503В, у которого:

•    U_кэ = 40 B;
• h_21Э=75 ;
• I к mах = 300 мА;
• Р_{к доп}= 125 ВТ.

 

       Базовый ток согласующего транзистора:

           I_{Б. 2} = I_K.2 /h₂₁ = 0.31 / 75 4.13 мкА 

         Величина сопротивления резистора R₃, задающего ток I_С, (который

принимаем 5м  А):

          R₃=U_{ВЫХ. Н}/ I_С (4.8)

          R₃=1/0.0001 = 10000 Ом = 10 кОм 

         Находим мощность, рассеиваемую на резисторе R₃:

          Р_R3 = I²с * RЗ                                                   (4.9)

          Р_R3 = 0,0001² *10000 = 0,1м Вт

 

         Выбираем из стандартно ряда R3=10 кОм; РЗ=0,125Вт (МЛТ-0,125) В качестве источника эталонного напряжения в разрабатываемой схеме компенсационного стабилизатора используем кремниевый стабилитрон КС133 имеющий следующие параметры:

   •   U = 3,3 В;

   •  I _{ст. ном.}= 20мА;

     •   I _{ст. мин.}= 3мА;

• U_c1.min  = 3 B;
• U_c1.max = 4,1 B;

     •   Р = 0,5 Вт;

     •   R_стаб = 1 Ом. 

          Задаёмся максимальным током усиливаемого транзистора:

           I _{кз. mах}= 5мА;

      

          Максимальная мощность, рассеиваемая на транзисторе ТЗ ;

           Р_кз = I _{кз. mах} *U_{эк 3}

            Р_кз = 0,005* 3 = 0,015 Вт 

           Выбираем транзистор типа КТЗ15Г, у которого:

•    U_{кэ доп}=35 В;
•    I к mах =0,1 мА;
•    Р_кдоп=0,15Вт

 

           Рассчитываем R1:

         R1=(U_ВХ.Н-U_ВЫХ.Н)/I_K3 (4.10)

           R1 = (10,6 - 1,05) / 0,005 = 1,9кОм.

Расчет выходного  делителя

Суммарное сопротивление делителя должно быть:

       R = U _HOM/ I _ДЕЛ = 10.6/ 10*10^-3 = 1060 Ом