методdocs_205

условию варианта расчета); t0 – время паузы.

3. Значение эквивалентного вращающегося момента ЭДУ определяется по формуле эквивалентных величин:

где – коэффициент, учитывающий ухудшение теплоотдачи двигателя

Рис. 7.1 124

4. Основной параметр электропривода (электропривод имеет ЭДУ из одногодвигателя и приводит вдействие один рабочий органмашины с неизменным моментом сопротивления, который должен работать в повторно-кратковременном режиме S1):

7.ПокаталогувыбираемЭДУс номинальнойустановленноймощ-

ностью Рн τ Ртр. В этом случае двигатель с ПВст = 100 %, работая в приводе, которыйимеетповторно-кратковременныйноминальныйрежим работы, не будет перегреваться. Неравенство Рн τ Ртр является первой проверкой – проверкой на тепловую нагрузку.

8.Номинальные данные выбранного ЭДУ(см. п. 5):

Iпуск / Iн 7 ; Uн 380 В.

9. Номинальный вращающий момент двигателя:

Максимальный вращающий момент выбранного ЭДУ:

10. Проверка на механическую перегрузку двигательного устрой-

ства:

Мmax δ 0,85 Мmax' ,

где Mmax по заданию в таблице вариантов равно200 H м.

Отсюда

200 H м δ 0,85 340,00; 200 H м δ 289,00 H м,

где 0,85 – коэффициент, учитывающий возможное снижение напряжениясети.

Условие выполнено.

Расчет сечения питающего кабеля и выбор плавкой вставки предохранителей

А. Выбираем трехжильный кабель с алюминиевыми жилами, так как они являются наиболее легкими и недорогими.

Б. Коэффициент загрузки двигателя Kз = 1, реактивным сопротивлениемкабеля пренебрегаем.

11. Рабочий номинальный ток, А, в линии питающего кабеля ЭДУ

12. Длительнодопустимыйлинейныйтокалюминиевогокабеля Iдоп долженбыть больше рабочего тока I p (прил. 2) Ip Iдоп.

С учетом этого неравенства по таблице (см. прил. 2) можно выбрать сечение алюминиевой жилы и тип кабеля, для которого длительно

Сечение жилы 4 мм2 кабеля с изоляцией. 13. Пусковой ток ЭДУ:

Iпуск K1 Iн; Iпуск 7 22,5 157,5 А.

14. Выбор плавкой вставки предохранителей – прил. 3. Условием сохранности плавкой вставки при пуске привода с выбранным двигателем является неравенство

По данным прил. 3 выбирается плавкая вставка с номинальным током Iвст.н. Так же выбираетсядля такойвставки типпредохранителей и номинальный ток патрона.

Предохранитель плавкий ПР-2 Iвст.н 80 А.

15. Проверкасоответствиязащитыот Kз вприводе: прикоэффициенте соответствия для 2-й группы распределители для питающих сетей

2. Запасмеханическойитепловойнагрузкивыбранногоэквивалентного устройства:

3. Сравнение номинального тока плавкой вставки предохранителей защиты от Kз с допустимой нагрузкой на жилу выбранного кабеля

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА № 8

Анализ работы транзисторного усилителя по схемес общим эмиттером

Часть 1

Расчет каскада транзисторного усилителя напряжения низкой частоты с реостатно-емкостной связью

Цельюработыявляетсяопределениепараметровустановочныхэлементовтранзисторного каскада (рис. 8.1) и коэффициента его усиления.

режим работы транзистора не зависит от температуры окружающей среды;

вариантычисловыхданныхприведенывтабл. 8.1, схемакаскада– по рис 8.1.

Алгоритмрасчета

1. Наибольшеедопустимоенапряжениемеждуколлекторомиэмиттером транзистора

Uк.э.доп τ k1 Eп.

2.Наибольшая возможная амплитуда тока в ветви потребителя – наибольшая возможная нагрузка транзистора

Рис. 8.1

3. Выбортранзисторасучетомисходныхданныхиполученныхрезультатов можно осуществить, например, с помощью справочника по полупроводниковымдиодам, транзисторамиинтегральнымсхемам(Справочник по полупроводниковымдиодам, транзисторамиинтегральнымсхемам; под

теристику(ВАХ) ввидестатическихвыходнойВАХ(рис. 8.2) и входной ВАХ(рис. 8.3).

Дополнительные указания по выбору транзистора:

заданному диапазону температуры удовлетворяет любой тран-

при выборе типа транзистора из справочника выписать значения

Pmin и Pmax ;

длякаскадов усилителей напряжения обычно применяют маломощные транзисторы ГТ108, ГТ109, ГТ115, КТ117, …, КТ120, МП20,

МП21, МП25, МП26, МП35, …, МП42, МП111, …, МП116, МП111А, МП111Б, МП113А, А27, П27А, П25 и др.;

подробнее о транзисторе МП42 см. прил. 4.

4. Определение режима работы транзистора с помощью нагрузочной прямой (см. рис. 8.2).

Первая точка – точка покоя 0 (рабочая точка при отсутствии вход-

Рис. 8.2

Примечание

Наименьшее допустимое напряжение Uк.э min доп Uост для маломощныхтранзисторов можнопринять Uост по даннымтаблицы вариантов (см. табл. 8.1).

сим альн о е зн ачен ие вхо дн о го н ап ряжен ия Uвх max, необходимые для обеспечения заданного значения выходного напряжения Uвых max

(см. рис. 8.3).

Порис. 8.2, гдепредставленыстатическиевыходныеВАХтранзистора МГИ-2, определяется допустимый максимальный ток коллектора

ималомзначениитокаколлектора Iк min можнодопустить, что Iк min 0,

а величина минимального тока базы транзистора будет ничтожна

# 0 .

132

Максимальный ток базовой цепи транзистора, А, Iб max

Iкmax Εmin1 .

Амплитуда входного тока находится на входной статической ВАХ Iб Uб.э с помощью динамической характеристики iб t (см. рис. 8.3):

IбА 0,5(Iбmax Iбmin ), A .

Рис. 8.3

По входнойстатическойВАХ 1 UбА идинамическойхарактерис-

тике uб.э(t) (см. рис. 8.3) определяются напряжения Uб.э min , Uб.э max , 2Uвх.А. Тогда входное максимальное значение напряжения будет равно

амплитудному значению Uвх max = Uвх.А.

Для входной статической ВАХ транзистора МП32А принять

Uб.э max 0,33 В, Uб.эmin 0,11 В.

8. Входное сопротивление транзистора переменному току

Rвхα U вх.А Iб.1А .

9. Сопротивления делителя напряжения.

Дляуменьшенияшунтирующегодействияделителянавходнуюцепь каскада по переменному току величину эквивалентного сопротивления

133

Для нормальной работы каскада коэффициент нестабильности не должен превышать нескольких единиц. Следовательно, работа рассчитываемого каскада будет достаточно стабильна, если S 10.

11. Определение величин емкостей конденсаторов. Емкость разделительного конденсатора при Rвых # Rк Rп

Cp τ [2Σfн(Rк Rп) Mп2 1] 1 .

Величину Cp обычноокругляютдоцелогочиславбóльшуюсторону. Емкость конденсатора обратной связи, Ф,

Cэ τ 10 (2Σ fн Rэ) 1.

Полное устранение отрицательной обратной связи (ООС) будет наблюдаться при емкости, бóльшей чем Сэ. Однако полное устранение ООС слишком дорого и поэтому обычно используют конденсаторы с меньшей емкостью Сэ 10 30 мкФ.

12. Коэффициент усиления каскада по напряжению

где Uвх max – амплитудное значение входного напряжения (см. рис. 8.3); Uвх max Uвх.А; Uвых max – амплитуда выходного напряжения (задана в исходных данных).

Выводы

1.Каскад усиления напряжения на транзисторе МП42А по схеме

собщимэмиттеромдолжениметь входнойделительс сопротивлениями

R1 43 кОм и R2 4,2 кОм , резистор в цепи коллектора сопротивле-

нием Rк 560 Ом, резисторвцепиэмиттера Rэ 110 Ом, разделитель-

ные конденсаторы емкостью 3,0 мкФ и конденсатор ООС емкостью

20 мкФ.

При этом каскад работает стабильно, так как коэффициент нестабильности равен 2,66.

2.Коэффициент усиления такого каскада при напряжении входа 0,11 В и сопротивлении потребителя 500 Ом равен 36,4.

3.Получениедругогозначениякоэффициентаусилениянапряжения принеизменном входномсигнале возможнодвумя путями: заменойтранзистора или изменениемпараметров установочных элементовкаскада.

Комментарий

Как видно из схемы замещения (рис. 8.4), коллекторный ток I к в динамическом режиме зависит не только от тока базы Iб, но и от напряжения между коллектором и эмиттером транзистора:

Uк.э Eп Rк Iк .

Эту зависимость называют уравнением динамического режима. Характеристики, определяющие связь между токами и напряжениями транзисторапривключенномпотребителе, называютсядинамическими. Они обычно строятсяна семействе статических ВАХпри заданных значениях напряжения источника питания Eп и сопротивления потребите-

ля RпУравнение. динамическогорежима, представляющее собойуравнение прямой в отрезках, позволяет построить так называемую нагрузоч-

ную прямую на графике семейства статических выходных ВАХ. Тогда выходная динамическаяхарактеристика будетявлятьсягеометрическим местом пересечения нагрузочной прямой со статическими выходными ВАХ. При этом точку пересечения нагрузочной прямой со статической ВАХ при заданном токе базы называют рабочей точкой, а ее начальное положение на нагрузочной прямой (при отсутствии входного переменного сигнала) – точкой покоя 0.

Точка покоя определяет ток покоя выходной цепи Iк0 и напряжениепокоя Uк.э0 , приэтомуравнениединамическогорежимабудетиметь вид

Uк.э0 Eп Rк Iк0 .

Меройчастотныхискажений, которыевноситкаскадвобластинижних частот, служит коэффициент частотных искажений Мн, равный отношениюмодулейкоэффициентовусилениянасреднейрабочейчастоте и нижней граничной частоте:

Видеальныхусловиях, когдакаскадусиленияневноситчастотных искажений, М 1, в реальных – коэффициент частотных искажений М может быть больше или меньше единицы.

Часть 2

Выводы и комментарии по коэффициенту нестабильности

1. Как известно, транзисторы, имеющие два р-n перехода, могут быть представленысхемами(рис. 8.4, аи б), содержащими подва диода каждая совместно с сопротивлениями эмиттера Rэ и базы Rб .

Нарис. 8.4, аданасхемазамещениядляполупроводниковоготриода типа n-p-n, а на рис. 8.4, б– p-n-p.

При токе коллекторного p-n перехода, равном Iэ Iс0 , и питаниицепиотисточникапостоянногонапряженияполучим, например, для случая рис. 8.4, ацепь, представленную на рис. 8.5. Между узлами б и э есть падение напряжения Uб.э. Закон Кирхгофа для выбранного напряжения обхода контура приведет к формулам

Рис. 8.4

Рис. 8.5

В уравнение (1) входит обратный (теневой) ток коллекторного перехода Ic0 , который и играет одну из ключевых ролей в оценке коэффициента нестабильности S. Ток базы, проходящийпо ветвислева направо

ная характеристика для цепи база–эмиттер является линейной по типу эмиттера (рис. 8.6, а) с наклоном:

На рис. 8.6, б показана реальная ВАХ диода D1, которая заменена кусочно-линейным приближением с источником смещения U0' и сопротивлением(наклон) rэ, чтоотвечаетсхеме, представленнойнарис. 8.6, в.

При дальнейшей идеализации rэ вводят просто одну величину (для Ge триодовэто0,15–0,2 мВ, дляSi – 0,4–0,6). Так чтоисходнаяp-n-p модель

транзисторапорис. 8.4, бприведетксхеме, показаннойнарис. 8.7. Здесь коллекторныйток, состоящийизсуммы Iс0 и Iэ, ориентировансогласно принятомуна рис. 8.5.

Рис. 8.6

Рис. 8.7

Изуравнения(1) несложноустановить, чтотокэмиттерасоставляет:

2. Для принципиальной схемы усилителя, показанной на рис. 8.1, по теореме об эквивалентном источнике напряжения (теорема Тевенина), получим:

Эксперименты показывают:

а) характеристикикаскадасобщимэмиттером(ОЭ) приразличных значенияхтокабазысильнозависятоткоэффициентаусилениятранзис-

тора Ε и температуры T $C , т. е. Iс f1 (Uк.э) |Iб|соnst – выходная характеристика требует поддержания неизменным Iб;

б) транзисторныйкаскаднельзяпроектироватьсосновойнапостоянном базовом токе, так как изменение положения рабочей точки А (см. рис. 8.6, а) сильно влияет через разброс значений коэффициента Ε натокколлектора. Всилуэтогообстоятельствастараютсяподдерживать

постоянный ток эмиттера, так что I с f2 U э.б |Iэ|сonst и положение рабочейточкиизменитсянезначительноприизменениитока эмиттера, по-

в) из сказанного следует, что проектирование должно ориентироваться на стабильность положения рабочей точки при изменении T $C и/или замене одного транзистора другим с возможным разбросом параметров, т. е. величиной Ε, Rэ и Rб, причем разброс бывает значительным даже в одной партии транзисторов одной марки.

Рассмотрим реальное смещение рабочей точки согласно рис. 8.8 длятрех значенийтемпературы T0 , T1 и Т2 и обратных токовколлектор- ного перехода Iс00 , Iс01 и Iс02 соответственно.

Если рассмотреть идеализированные модели диодов для положительных T $C согласно 8.6, би положить, что меняется незначительно согласно пункту б, то получим рис. 8.9.

На рис. 8.9 показано, что изменение напряжения U0 вызовет изменение тока Iэ на IэU 0 , а изменение тока коллектора Iк0 – изменение тока Iэ на Iэс0 .

Рис. 8.8

Рис. 8.9

Другими словами, вариации тока эмиттера определяются измене-

бросатокаколлектора 'Iс, зависящегоотобратноготокаколлектора Iс0

инапряжения 'Uб.э.

3.Построим асимптотическую характеристику S согласно (6)

Rб

Изменяя отношение Rэ , найдем три асимптоты:

и реальная зависимость S от Rб помещены на рис. 8.10.

Rэ

вычисляем значения S и строим плавную кривую коэффициента нестабильности, как показано на рис. 8.10.

4. Рассмотрим изменение коллекторного тока при относительно малойвеличине Iс0 взависимостиоткоэффициентаусиленияпотоку. В этом случае получим два значения коэффициента нестабильности:

Такчтофункциячувствительностивэтомслучаеприметследующий

вид:

э

Величина функции чувствительности меняется от 1 ( 2<<1) до

1 Rб D |1 . Отсюда следует общий вывод о том, что для уменьшения

Rэ

изменения рабочей точки каскада (чувствительность) необходимо

снижать отношение Rб , что сказывается как на снижении влияния

Rэ

обратноготокаколлектора Iс0 , такинаеезависимостиоткоэффициента усиления .