ПП – підсилювач потужності, використовується для забезпечення потужності на навантаженні. Використаємо комплементарний емітер ний повторював.
2.3 Попередній розрахунок АМВ
Даний каскад використовується для генерування імпульсів зі сталою напругою і частотою. Особливих вимог до даного генератора не висувається.
Для зручності оберемо частоту 100кГц та напругу на виході 5В.
Напруга на виході генератора не повинна бути висока для зменшення похибки. Нехай Uвих=5В, тоді =(1,2...1,4) Uвих =(6..7)В
Задамося =В.
Гранична частота на виході ОП має бути досить висока.
Визначимо напругу живлення за заданою амплітудою вихідних імпульсів:
Виберемо ОП К547УД1
Основні параметри:
нА | вхідний струм |
В | максимальна вихідна напруга |
Ом | вихідний опір |
МГц | гранична частота |
Діапазон робочих температур=(45-70)С
2.4 Попередній розрахунок первинного перетворювача
Визначимо діапазон зміни індуктивності :
D=; (10)
D==1000
Таким чином виникає потреба розбити на під діапазони діапазон зміни індуктивності.
D1=; (11)
D1==32
D2=; (12)
D2==32
Виконавши зрівноваження моста для Lmax визначимо номінали елементів.
Проведемо розрахунок опору індуктвності:
(13)
(14)
Таким чином для того щоб на виході перетворювача напруга була завжди додатня необхідно і достатньо щоб L2=L1max.
Задамося R5 = R6 =1кОм
Напруга на виході перетворювача розаховується наступним чином:
(15)
Оскільки міст для максимального значення ємності зрівноважений, то В.
Суматор виконано на основі ОП, саме тому необхідно провести вибір ОП. Таким чином для операційного підсилювача:
Виберемо ОП К547УД1
Основні параметри:
нА вхідний струм
В максимальна вихідна напруга
Ом вихідний опір
МГц гранична частота
Діапазон робочих температур=(45-70)С
2.5 Попередній розрахунок підсилювача потужності
В якості підсилювача потужності використаємо підсилювальний каскад такий, як комплементарний емітерний повторювач.
Розрахуємо потужність на виході даного каскаду.
Початкові дані:
30В, Rн=5 Ом
Іmax = (16)
Іmax =
Розрахуємо максимальну вихідну потужність:
Рmax=Umax Imax; (17)
Рmax =30· 6=180 (Вт)
Оскільки використовуємо комплементарне включення то потужність на виході одного транзистора зменшується у двічі. Таким чином для транзистора:
Рmax=Umax Imax/ 2 (18)
Рmax =90 (Вт)
За даними параметрами з довідника оберемо транзистор 2Т818Б типу NPN.
Основні параметри транзистора:
Тип | Pкmax,Вт | Ікmax, A | Uкеmax, B | h21e min/max | fгр, МГц | Uеб0max, В | Кп р, дб |
2Т818Б | 100 | 15 | 60 | 20 | 3 | 5 | 25 |
2.6 Попередній розрахунок підсилювача напруги
У якості підсилювача напруги використаємо підсилювальний каскад за схемою зі спільним емітером на основі біполярного транзистора.
Розрахуємо коефіцієнт підсилення за напругою:
(19)
Це є досить велике підсилення і тому проведемо попереднє підсилення у 100 разів за допомогою підсилювача на ОП.
Проведемо вибір ОП.
Оскільки підсилення виконуємо до величини 7,8В, то
Виберемо ОП К574УД2Б
Основні параметри:
нА
вхідний струм
В
максимальна вихідна напруга
Ом
вихідний опір
МГц
гранична частота
Діапазон робочих температур=(45-70)С
Оскільки частота вихідного сигналу 100 кГц, то гранична частота транзистора .
Оскільки підсилення, що виконує ПП по потужності КU p min=25дб=300, то максимальна потужність що розсіюється на колекторі транзистора не повинна бути меншою за Рк
Оскільки
Кпр=25дб=300,
то Рвх= ; (20)
Рвх=
Рк=РПП (21)
Рк =300мВт.
Ікмах =
КТ3107А – =45В
=100мА
=300мВт
=12Пф
2.7 Розробка детальної структури схеми
Рисунок 8 – Детальна структурна схема
На рисунку 8 – детальна структурна схема, в якій:
АМВ – автоколивальний мультивібратор, використовується для того, щоб сформувати імпульси з напругою 5В та частотою 100кГц. Оснований на К547УД1- живленні моста.
ПП – первинний перетворювач, призначений для перетворення індуктивності у напругу. Схема віднімання основана на ОП К547УД1. Межі вихідної напруги 0...78мВ.
ПН – підсилювач напруги, призначений для підсилення величини вихідного сигналу по напрузі до 30В. Таким чином на виході даного каскаду отримуємо напругу 0...30В. Оскільки у процесі розрахунків було розраховано, що коефіцієнт підсилення даного каскаду є досить високим, то було прийняте рішення додати каскад підсилення напруг на ОП, який би здійснював попереднє підсилення вихідного сигналу у 10 разів і розмістити його перед каскадом на БТ. У якості ОП використано ОП К574УД2Б Підсилювач на БТ оснований на БТ КТ3107А.
ПП – підсилювач потужності, використовується для забезпечення потужності на навантаженні. Оснований на БТ 2Т818Б, 2Т817Б.
Закінчивши попередню розробку структурної схеми, маємо схему, розбиту на декілька каскадів, внаслідок чого, для кожного з каскадів зроблений попередній розрахунок. Тобто визначені динамічні діапазони, коефіцієнти підсилення, максимальні значення струмів, напруг, потужностей, вибрані згідно розрахункам операційні підсилювачі, транзистори.
Принцип роботи перетворювача заключається у наступному. АМВ проводить генерацію імпульсів з напругою 5В та частотою 100кГц. Згенеровані імпульси потрапляють на міст, який зрівноважений для максимального значення індуктивності і у такому стані на виході підсилювача отримуємо напругу таку маленьку, що умовно визначаємо її як нульову. Коли змінна індуктивність змінює своє значення міс виходить з рівноваги у на виході перетворювача отримуємо напругу, що є різницею напруг на різних вузлах моста. Дана напруга є досить низькою і виникає необхідність її підсилення по напрузі та стабілізації та підсилення по потужності, саме тому у схемі і використовуємо підсилювачі напруги та потужності.
3. Електричні розрахунки
3.1 Електричний розрахунок підсилювача потужності
Електричний розрахунок виконуємо за допомогою електричної принципової схеми , яка зображена на рисунку 9.
Рисунок 9 – Схема ПП електрична принципова
Вхідні дані:
Транзистори 2Т818Б, 2Т817Б.
=100Вт
=15А
=60В
Uмах =30 В
Рвх=300мВт
Рвих=180Вт
Оберемо напругу живлення
Задаємося
З вихідних характеристик транзисторів:
при
З вхідних характеристик:
при та
Задамося
тому
Проведемо розрахунок опорів вхідного подільника R18 R16
(22)
(23)
Оберемо стандартні опори:
R18 С2-23-36Ом, Р=0,125Вт, 1%
R16 С2-23-36Ом, Р=0,125Вт, 1%
(24)
R17 С2-23-7,2Ом, Р=0,125Вт, 1%
R17 має невелике значення і переважно при змінному струмі вважають бази обох транзисторів з'єднаними.
Розрахуємо вхідний опір цього каскаду:
(25)
Ом – додатковий опір.
R19 С2-23-100Ом, Р=0,125Вт, 1%
3.2 Розрахунок підсилювача напруги
На рисунку 10 зображена схема ПН електрична принципова.
Рисунок 10 – Схема ПН електрична принципова
Вхідні дані:
Транзистор КТ3107А
=300мВт
=100мА
=45В
Оберемо напругу живлення
Задаємося .
Обираємо з вихідної характеристики транзистора:
при
З вхідних характеристик:
при
Задамося
Розрахуємо R14 :
(26)
R14 С2-23-3,6кОм, Р=0,125Вт, 1%
Розрахуємо R15 :
(27)
R15 С2-23-220Ом, Р=0,125Вт, 1%
тому
Проведемо розрахунок опорів вхідного подільника R12 R13
(28)
(29)
R12 С2-23-3,6кОм, Р=0,125Вт, 1%
R13 С2-23-36кОм, Р=0,125Вт, 1%
Розрахуємо вхідний опір цього каскаду:
(30)
Проведемо розрахунок конденсаторів.
20 2 45 25 3 КТ822А-1 PNP КТ823А1 NPN
- розділові конденсатори.
- блокувальний конденсатор.
; (31)
; (32)
(33)
К21-7-2мкФ ,10%
Аналогічно розрахуємо
(34)
КМ6М47-220нФ ,20%
3.3 Розрахунок підсилювача на ОП
На рисунку 11 зображена схема ПН на ОП електрична принципова.
Рисунок 11 – Схема ПН на ОП електрична принципова
З попередніх розрахунків відомо, що
Для використовуваного підсилювача:
(35)
Задамося R11 100кОм
R10=кОм
R10 С2-23-100кОм, Р=0,125Вт, 1%
R11 СП-3-13-2кОм, Р=0,125Вт, 1%
3.4 Електричний розрахунок первинного перетворювача
Проведемо розрахунок первинного перетворювача за допомогою схеми електричної принципової первинного перетворювача (рисунок 12) .