Расчет усилителя НЧ

где ток делителя выбран равным 10 мА.

Сопротивление резистора R5

        U_R5=U_HMAX – U _CT1 – U_{БЭ MIN}                                          (4.11)

        U_R5= 1.05 – 0.6 – 0.54 =0.45

        R₅ = U_R5 /I _ДЕЛ (4.12)

         R₅ = 0,45/1 0*10^-3 = 45 Ом.

 

   Выбираем резистор R5 = 52Ом

   Мощность, рассеиваемая на сопротивлении R5:

Р_К5 = I²д*R5                                                                      (4.13)

Р_К5 = (10*10 ^-3)² * 52 = 0,0052 Вт  

    Выбираем МЛТ- 125

   Сопротивление резистора R6:

            R₆ = R - R₅                                                           (4.14)

            R₆=1000-52 = 948Ом.  

    Выбираем МЛТ- 125

Сопротивление R4, его величина :

              R4=(U_H – U _CT1 )/ I _CT1   

            R4=(1 – 0.3 )/ 10*10^-3 = 70 Ом   

  Выбираем резистор R4=100Ом 

  Находим мощность на резисторе R4:

Р_R4 = I²_ст1*R4                                                                           (4.15)

Р_R4= (10*10 ^-3)* 100 = 0,01 Вт  

   Выбираем резистор типа МЛТ - 0, 125.

Для улучшения  сглаживания пульсаций выпрямленного  напряжения сопротивление верхнего плеча делителя R5 – R6 шунтируется конденсатором С2, ёмкость которого находится из условия: сопротивление конденсатора С2 на частоте пульсации < К₅

               С2 = 1/ (2* p*f*p*R5)                                                   (4.16)

              С2 =1/(2*3.14*50*2*100) = 1,59 мкФ,

где р=2 (для двухполупериодной схемы выпрямления).

Выбираем конденсатор  К50-16 ёмкостью 10 мкФ на 16В.

Ёмкость конденсатора СЗ, который служит для дальнейшего  сглаживания пульсаций выпрямленного  напряжения, а также уменьшает  выходное сопротивление стабилизатора  для токов высоких частот, принимаем равной 1 00 мкФ. Выбираем конденсатор типа К50 - 35 ёмкостью 100 мкФ на 16В. 

           Расчёт цепи защиты 

      Требования к устройствам защиты:

             

                Быстродействие

Устройства и  системы защиты должны обеспечить ограничение теплового воздействия аварийного тока до допустимого для полупроводниковых приборов значения. Соблюдение этого требования называют защищенностью.

Как уже отмечалось ранее, перегрузочная способность  тири-стора или диода (при импульсах тока длительностью до 1 0 мс) определяется интегралом произведения квадрата тока на время его действия (1²1)_доп.

Для обеспечения  защищенности полупроводниковых приборов устройства защиты должны обеспечить ограничение амплитуды и длительности аварийного тока.

                Надежность

Устройства защиты должны обладать высокой надежностью  и не выходить из строя (за исключением  предохранителей) при отключении аварийных  токов Возможность отключения определенных аварийных токов называют коммутационной способностью.

              

               Помехоустойчивость

При появлении  помех в сети собственных нужд и в цепях управления устройства защиты не должны ложно срабатывать. Для повышения помехоустойчивости принимаются специальные меры, такие, как шунтирование катушек контакторов обратными диодами, включение конденсаторов параллельно контактам реле, прокладка проводов управления раздельно от силовых цепей и т. д.

               

               Чувствительность

Защита должна срабатывать при всех повреждениях и токах, опасных для полупроводниковых приборов, независимо от места и характера аварии. Уставка токовой защиты не должна зависеть от температуры окружающей среды, колебаний питающего напряжения и других внешних факторов.

    Специфические особенности полупроводниковых приборов определяют высокие требования к устройствам защиты. В связи с этим в настоящее время наряду с применением специальных быстродействующих автоматов и предохранителей широкое распространение получили бесконтактные методы защиты тиристорных преобразователей. Контактная аппаратура и бесконтактные методы защиты взаимно дополняют друг друга и применяются в различных комбинациях. 

     Для защиты стабилизаторов от перегрузки по току и коротким замыканий в нагрузке часто используются предохранители.

Недостатками  такого метода защиты являются низкая чувствительность большая инерционность, а также затруднительность точной настройки на необходимый ток  срабатывания.

      В приложении 2 приведена одна из простейших схем защиты от коротких замыканий на выходе стабилизатора и его перегрузок В не входят транзистор защиты VТ4, резисторы R7-R9. Пока ток нагрузи I_Н не превышает допустимой величины, падение напряжения на резисторе R9, меньше падения напряжения на резисторе R8; к переходу база-эмиттер транзистора VТ4 приложено запирающее напряжение транзистор VТ4 закрыт и не влияет на работу стабилизатора. С ростом тока нагрузки увеличивается падение напряжения на резистор R9. Вследствие этого запирающее напряжение, приложенное к переходу база-эмиттер транзистора VТ4, уменьшается, становится равным нулю, а затем меняет знак.

Транзистор VТ4 начинает открываться, что приводит к уменьшению базового тока регулирующего транзистора VТ2 вследствие чего ограничивается ток нагрузки.

При дальнейшем уменьшении R _н схема работает в режиме стабилизации тока нагрузки ток нагрузки увеличивается мало, и выходное напряжение падает. Это приводит к уменьшению запирающего напряжения на резисторе R8 вследствие чего транзистор VТ4 открывается еще больше, а VТ2 еще больше закрывается.

При коротком замыкании  на выходе стабилизатора в зависимости  от сопротивлений резисторов R8 и R9 устанавливается такой режим, при котором ток нагрузки равен или несколько меньше номинального. Мощность, выделяющаяся на регулирующем транзисторе в случае короткого замыкания на выходе стабилизатора, превышает мощность рассеяния в рабочем режиме. Это обусловлено тем, что к переходу коллектор - эмиттер VТ1 прикладывается в этом случае полное входное напряжение стабилизатора.

В связи с  этим расчет элементов схемы производится из условия, чтобы при коротком замыкании мощность, рассеиваемая на регулирующем транзисторе, не превышала максимальной мощности рассеяния Р_{K1 MAX} в рабочем режиме.

Важным достоинством схемы защиты (см. приложение 2) является автоматическое восстановление работы стабилизатора после снятия перегрузки или устранения короткого замыкания. 

    В    качестве   регулирующего    транзистора    схемы    защиты    выбираем кремниевый транзистор ТЗ КТ 361, у которого:

• U_{кэ max} = 25 B;
• h_21Э=50 ;
• I к mах = 50 мА;
• Р_{к max}= 150 мВТ.

 

    Ток срабатывания защиты равен:

          Iср = К_защ * Iн.mах                                    (4.17)

          I_СР = 2*5,25=10,5мА

    Предполагаемое падение напряжения на R9 при номинальной нагрузке равно 2 В.

        DU_{OC MIN} = 2 B

        U_{R9 MAX}=DU_{OC MIN} * К_защ                                             (4.18)

          U_{R9 MAX}= 2*2 = 4 B

 

  Находим сопротивление R9:

        R9 = U_{R9 MAX} / I_CP (4.19)

        R9 = 4/0.01= 400 Ом.

Выбираем R9 = 510Ом. 

   Мощность, рассеиваемая на R9:

          Р _{R 9} = I²ср * R 9                                          (4.20)

          Р _{R 8} = 0,1 *510 = 0.51Вт.

Сопротивление   резистора   R8    определяется   из    условия    получения запирающего напряжения смещения.

          U_R8=R₈*I_CP-U_{БЭ Т3}                                                             (4.21)

         U_R8 = 510 * 10,5*10 ^-3 - 0,6 = 4,75 В.

 Задаёмся  током делителя:

         I_Д87 = 5 мА, тогда:

             R8= U_R8 / I_Д87 (4.22)

               R8= 4.75/5*10^-3 =951 Ом.

Это приблизительное  значение R8, более точное значение выставляется при настройке схемы. Принимаем R8=1000Ом.

Сопротивление R7

             R₇=(U_{H MAX} – U_R8 )/ I_Д87                                                (4.23)

               R₇ = (4.75 -1.05)/ 5*10 ^-3 = 740 Ом

Принимаем из стандартного ряда R7 = 1000 Ом. Мощность сопротивлений R8 и R7:

        Р_R7 = I²_Д67 * R7                                                      (4.24)

          Р_R7 = (5 * 10 ^-3)² * 1000 = 0,025 Вт

        Р _R8 = I²_Д67 * R8                                                       (4.25)

         Р_R8 = (5 * 10 ^-3)² * 1000 = 0, 027 Вт; 

          Выбираем R8 и R7 типа МЛТ-0,125.

        В качестве световой   индикации   перегрузки   стабилизатора   удобно применить светодиод Д6, включенный параллельно сопротивлению R9. Применяем светодиод АЛ 307 А (красный).

• I_прmах = 20 мА;
• U _ОБР = 2 В
• U_ПР ≤ 2В при I _пр = 10мА

 

         Для ограничения тока    и напряжения последовательно со светодиодом нужно включить резистор.

            U_R10max =3.4 B

               R10 =(U_R9max – U_{ПР Д2})/ I _{ПР Д2} (4.26)

        R10 =(4 – 2)/ 10*10 ^-3  = 200 Ом

 

        Мощность резистора R10 равна:

             Р _R10 = I²_пр.д6* R10                               (4.27)

             Р _R10= (10*10 ^-3)²*200 = 0,02 Вт.

         Выбираем сопротивление R10типа МЛТ - 0,125.

         Данная схема удобна тем, что по мере загрузки стабилизатора свечение светодиода будет более интенсивным.

         

              Расчёт усилителя НЧ

 

      1 Графоаналитический расчет 

        Анализ каскада по постоянному току проводят графоаналитическим методом, основанным на использовании графических построений и расчетных соотношений. Графическое построение проводится с помощью выходных характеристик транзистора КТ340А (см приложение 3) взятых из справочника.

        На выходных характеристиках проводят линию нагрузки каскада по постоянному току (а-б), представляющую собой геометрические места точек, координаты которых соответствуют возможным значениям точки (режима) покоя каскада.