Xreferat.com » Рефераты по математике » Разработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом

Разработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом

Выполнил студент группы УЭМ-4 Коротков А. Г.

Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет

Владивосток 2008

Принципиальная схема и описание работы.

Усилители с релейным выходом широко применяются в электрических схемах автоматики, управления и защиты. На базе таких усилителей строят схемы нуль-индикаторов с мощностью срабатывания нескольких десятков микроватт, схемы измерительных органов защиты, подключаемые к маломощным датчикам, и исполнительные элементы с выходной мощностью до нескольких киловатт. Релейное действие этого усилителя проявляется в том, что при определенном изменении величины входного сигнала или его знака усилитель практически мгновенно переходит из одного устойчивого состояния в другое. Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 1.

Она содержит два усилительных каскада на транзисторах VT1,VT2 работающих в ключевом режиме. В цепь коллектора транзистора VT2 включена катушка малогабаритного электромагнитного реле Р1. Усилитель питается от источника постоянного тока через параметрический стабилизатор напряжения (стабилитрон VD4 и резистор R6).

Схема работает следующим образом. При отсутствии входного сигнала транзистор VT1 открыт и насыщен, а транзистор VT2 закрыт, реле Р1 обесточено. Открытое состояние транзистора обеспечивается током в цепи базы через резисторы R1 и R3 от источника коллекторного питания ЕК . Транзистор VT2 при этом находится в режиме отсечки, так как напряжение на его базе положительно относительно эмиттера и примерно равно напряжению смещения, которое задается диодом VD2. Появление отрицательного входного сигнала (минус на базе транзистора) не приводит к изменению состояния транзисторов усилителя.

При появлении положительного входного сигнала появляется входной ток, уменьшающий ток в цепи базы открытого транзистора VT1. При некотором входном токе транзистор VT1 переходит из режима насыщения в усилительный режим. В усилительном режиме уменьшение тока в цепи базы приводит к уменьшению тока в цепи коллектора транзистора, что приводит к увеличению отрицательного потенциала на базе транзистора VT2 и его отпиранию.

В момент переключения транзисторов действует положительная обратная связь (резистор R3). Отпирание транзистора VT2 приводит к уменьшению напряжения на его коллекторе, следовательно, уменьшается ток через резистор R3 и ток в цепи базы транзистора VT1. Этот процесс ускоряет запирание транзистора VT1, что в свою очередь ускоряет отпирание транзистора VT2, т.е. наступает лавинообразный процесс, приводящий практически к мгновенному насыщению транзистора VT2. Положительная обратная связь обеспечивает релейный эффект. При уменьшении или исчезновении входного тока транзисторы усилителя переключаются в исходное состояние.

При запирании транзистора VT2 на катушке реле Р1, обладающей индуктивностью, наводится ЭДС самоиндукции, которая, складываясь с напряжением коллекторного питания, может привести к пробою транзистора. Для защиты от наводимых перенапряжений применяется цепочка VD3, R4. Появляющееся перенапряжение открывает диод VD3 и ток реле Р1 при запирании транзистора VT2 будет уменьшаться постепенно, замыкаясь через цепочку VD3, R4. Напряжение на транзисторе VT2 в этом случае увеличится только на величину падения напряжения в этой цепочке.

Постепенное уменьшение тока в катушке Р1 при запирании транзистора VT2 приводит к увеличению времени возврата реле, что не всегда приемлемо. Для уменьшения времени возврата реле увеличивают сопротивление резистора R4.

Разработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом 

Исходные данные, вариант №17:

IРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом=300 µA ± 10 % → 0.0003 A → 0.00027÷0.00033 А

UРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом=220 V ± 10% → 198÷242 V

tº = 203÷343 K → -70÷70 ºC

Реле:

U Разработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом= 12 V

R Разработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом=320 Ohm

K Разработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом=0.7÷1.2 → 8.4÷14.4 V

Расчет.

Начнем с выбора элементов схемы параметрического стабилизатора. Определяем напряжение надежного срабатывания реле Р1 , которое находится в пределах 0.7÷1.2 U Разработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом т.е. 8.4÷14.4 V.

I= U Разработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом/RРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом=12/320=0.0375 А.

Обеспечить эти параметры можно с помощью стабилитрона КС512А с номинальным напряжением стабилизации 12 V. Основные параметры этого стабилитрона приведены ниже.

IРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом=1 мА.

IРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом=67 мА.

РРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом= 1 Вт.

R ≤ 25 Ом.

Разброс напряжений стабилизации в зависимости от температур при токе стабилизации

5 мА приведен в таблице.

Температура К Напряжение стабилизации В
303 10.8 ÷ 13.2
213 9.9 ÷ 13.2
273 10.8 ÷ 14.5

Окончательный расчет параметрического стабилизатора будет проведен после расчета усилителя.

Выберем транзисторы усилителя. Для повышения надежности работы транзисторов рекомендуется выбирать рабочие напряжения и токи так, чтобы они не превышали

0.7 ÷ 0.8 предельных значений. Учитывая максимальное коллекторное напряжение, для нашей схемы нужен транзистор, у которого постоянное напряжение, коллектор – эмиттер

UРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом› ЕРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом / 0.7 =14.5/0.7=20.7 V.

А постоянный ток коллектора

IРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом› EРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом/ RРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом=14.5/320=0.0453 А.

Для обоих каскадов усилителя выбираем транзистор КТ3107Б, параметры которого приведены ниже

hРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом

IРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом=2 mA

120 ÷ 220

IРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом=0.01 mA

≥ 30

IРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом=100 mA

≥50

UРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом V.

IРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом=100 мА. IРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом=5 мА.

≤0.5

IРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом=10 мА. IРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом=0.5 мА.

≤0.2

UРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом V.

IРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом=100 мА. IРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом=5 мА.

≤1

IРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом=10 мА. IРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом=0.5 мА.

≤0.8

IРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом µA.

≤0.1

IРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом µA.

≤0.1

UРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходомV.

50

UРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходомV.

45

UРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходомV.

5

IРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходомmA.

100

PРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом мВт.

t=213÷298 K 300

Усилитель рассчитываем при номинальном напряжении коллекторного питания и температуре 298 К. Расчет начинаем с выходного каскада.

Для создания источника запирающего напряжения в цепи транзистора VT2 выбираем кремниевый диод VD2 КД102А.

Параметры диода:

UРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом= 250 V.

IРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом= 0.1 A.

IРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом= 0.1 µA.

UРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом= 1 V.

Выбираем прямой ток диода VD2 2мА. И определяем прямое напряжение на диоде,

Равное UРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом=0.8 V. при температуре 298 К. Тогда сопротивление резистора R5

R5=(ЕРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом- UРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом)/IРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом=(12-0.8)/0.002=5600 Ом.

Выбираем номинальное сопротивление 5.6 кОм. ±5%

Мощность рассеиваемая на резисторе учитывая максимальное коллекторное напряжение будет:

PРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом≈ Е2Разработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом / R5 =14.42/5600=0.037 Вт.

Выбираем резистор R5 МЛТ-0,125 5,6 кОм. ±5%.

Через R5 и диод VD2 протекает ток:

IРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом=(EРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом- UРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом)/R5=(12-0.8)/5600=0.002 А.

Ток в цепи коллектора транзистора VT2 когда он находится в режиме насыщения, будет:

IРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом=(ЕРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом- UРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом- UРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом)/RРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом=(12-0.8-0.5)/320=0.0334 А.

Минимальное напряжение на катушке реле Р1 когда транзистор VT2 находится в режиме насыщения, с учетом неблагоприятных сочетаний параметров элементов схемы равно:

UРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом=EРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом- UРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом- UРазработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом=9.9-1-0.5=8.4 V.

Что находится в допустимых пределах.

Максимальный прямой ток диода VD2, когда транзистор VT2 насыщен, с учетом неблагоприятных параметров элементов схемы равен:

IVD2.max.=IK.нас.+ IR5 ≈ EK.max. / RP1 + EK.max. / R5 =14.4/320+14.4/5600=0.0476 A.

Что меньше максимально допустимого тока для диода типа КД102А.

Расчетный статический коэффициент передачи тока транзисторов

h21Э.расч.=h21Э Кс КТ

где Кс =0.7 коэффициент учитывающий старение, КТ – коэффициент учитывающий температуру КТ = 0.6 при температуре 233 К. и КТ =1.2 при температуре 323 К.

Минимальный статический коэффициент передачи тока транзистора VT2 учитывая режим работы, определим как

h21E.min2 = 50*0.7*0.6=21

Ток в цепи базы VT2 на границе насыщения

IB2 = IK.нас. / h21E.min2 =0.0334/21=0.0016 A.

Ток в цепи базы в режиме насыщения, принимая коэффициент насыщения равным 1.2

IB.нас2. =1.2* IB2 =1.2*0.0016=0.0019 А.

Если транзистор VT2 в режиме насыщения, то VT1 в режиме отсечки. По резистору R2 проходит ток базы VT2 и обратный ток коллектора VT1

IR2 =IB.нас2. + IKB0.1=0.0016 + 0.00000001 ≈ 0.0016 A.

Сопротивление резистора R2

R2 =

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: