PC World Komputer 1996 May/PCW596.iso/polskie/eduk/genfast/genfast.lzh/DEMO_02.PAK/OBLICZ1.DA_

Text File | 1996-02-08 | 12KB | 513 lines

; Obliczenia 1

[1!]
@ShowScreen;
@Reset
@ClrScr
@SetPosition(40,15);
  ~PRZYK£AD OBLICZANIA WZMACNIACZA MOCY Z UK£ADEM TYPU "BOOTSTRAP"
@SetPosition(20,40);
@Picture('3_53.CGV');
@SetPosition(40,340);
Naleºy zaprojektowaì wzmacniacz o mocy wyj₧ciowej Pwy = 25 W przy
obciåºeniu Rl = 4 Ω i parametrach: ku = 30 V/V, ƒ = 20 Hz - 20 kHz,
Rwe = 30 kΩ. Schemat wzmacniacza przedstawiony jest na rysunku powyºej.
Wzmacniacz zasilany bædzie ze ªródÆa niestabilizowanego.
@CheckEvents;

[2!]
@Reset
@ClrScr
@SetPosition(40,15);
Tok obliczania jest nastæpujåcy:

~1. Okre₧lenie maksymalnej amplitudy prådu i napiæcia na obciåºeniu
~na podstawie zaleºno₧ci

           _
           U²    1 _
    Pwy = ──── = - I²∙Rl
          2∙Rl   2

    _
    Ul = √(2∙Pwy∙Rl) = 14,2 V

          _
    _     Ul
    Il = ──── = 3,55 A
          Rl


Jako tranzystory stopnia koñcowego zastosowano paræ tranzystorów 2N3055
o nastæpujåcych parametrach: Ucbo(max) = 100 V, Uceo(max) = 60 V,
h(21E) = 20 - 70 przy Ic = 4 A, Uce = 4 V, Ic(max) = 15 A,
Pc(max) = 117 W (Tc = 25°C).
@CheckEvents;

[3!]
@Reset
@ClrScr
@SetPosition(40,15);
~2. Ustalenie warto₧ci rezystancji Re, prådu spoczynkowego tranzystorów
~mocy oraz rezystancji Rb.


Zgodnie z zaleºno₧ciå


          (1÷2)∙Ube(max)
     Re = ──────────────
             Il(max)


warto₧ì rezystancji Re wynosi:


     Re = 0,28 ÷ 0,56 Ω


Wybrano warto₧ì Re = 0,4 Ω.



Warto₧ì napiæcia Ube wyznaczamy z charakterystyki wej₧ciowej
Ube = f(Ice) tranzystora 2N3055.
@CheckEvents;

[4!]
@Reset
@ClrScr
@SetPosition(40,15);
Warto₧ì prådu spoczynkowego ustalono na podstawie zaleºno₧ci:
                  _
    Io = (2 ÷ 3)% Il(max) = 71 ÷ 106 mA

Wybrano warto₧ì Io = 100 mA.
Warto₧ì rezystancji Rb wyznaczono na podstawie zaleºno₧ci

    Rb = (10 ÷ 20)∙Rwe(T)

gdzie Rwe(T) jest rezystancjå wej₧ciowå tranzystora wyj₧ciowego
okre₧lonå na podstawie charakterystyki wej₧ciowej tranzystora:

              Ube(max) - Ube(min)
    Rwe(T) = ─────────────────────
               Ib(max) - Ib(min)

A wiæc:
                        _
                    Ube(Il(max)) - Ube(Io)
    Rb = (10 ÷ 20)∙─────────────────────── = 22,5 ÷ 45 Ω
                          Il(max)
                         ─────────
                           h(21E)

Wybrano warto₧ì Rb = 36 Ω.

Przyjæta zostaÆa minimalna warto₧ì h(21E) aby zapewniì odpowiedni
margines bezpieczeñstwa; oczywi₧cie w konkretnym przypadku moºna
przyjåì warto₧ì zmierzonå.
@CheckEvents;

[5!]
@Reset
@ClrScr
@SetPosition(40,15);
~3. Obliczenie napiæcia zasilajåcego.

Wymagane napiæcie zasilajåce obliczono bioråc pod uwagæ oddzielnie
zaleºno₧ci dla dodatniej i oddzielnie dla ujemnej poÆówki przebiegu
wyj₧ciowego. Niektóre warto₧ci przyjæte så szacunkowo, oczywi₧cie
z pewnym marginesem bezpieczeñstwa.

  1         _            _
  - Ec(+) = Ul(max) + Re∙Il(max) + Ube(max T7) + Ube(max T6) + Uce(sat T3) =
  2
           = 17,8 V

Dla poÆówki ujemnej:

  1         _            _
  - Ec(-) = Ul(max) + Re∙Il(max) + Ube(max T5) + Uce(sat T4) =
  2
          = 17,1 V

Przyjmujåc przypadek bardziej niekorzystny napiæcie zasilania
przyjmuje warto₧ì:

     Ec = 2∙17,8 V = 35,6 V

ZakÆadajåc 10% spadek napiæcia zasilania przy peÆnym wysterowaniu,
co spowodowane jest zastosowaniem ªródÆa niestabilizowanego, przyjæto
ostatecznie:

     Ec = 40 V
@CheckEvents;

[6!]
@Reset
@ClrScr
@SetPosition(40,15);
~4. Okre₧lenie mocy strat w tranzystorach stopnia koñcowego. Na podstawie
~zaleºno₧ci

          (Ec)²   Ec∙Io
    Pc = ────── + ─────
         4π²∙Ro     2

otrzymano:

    Pc(T5,T7) = 11,25 W

~5. Okre₧lenie mocy strat w tranzystorach stopnia sterujåcego T4, T6.

Na podstawie zaleºno₧ci

    Ro = 0,9 ∙ h21E ∙ Rl

okre₧lono rezystancjæ Ro dla tranzystora T6:

    Ro = 0,9 ∙ h21E(T7) ∙ Rl = 0,9 ∙ 20 ∙ 4 = 72 Ω

W celu wyznaczenia mocy traconej w tranzystorze T6 naleºy wyznaczyì
warto₧ì prådu spoczynkowego tego tranzystora:

                 UbeT7(Io)        Io(T7)
    Io(T6) = ───────────────── + ────────
                    Rb             h21E
@CheckEvents;

[7!]
@Reset
@ClrScr
@SetPosition(40,15);
Po podstawieniu warto₧ci liczbowych otrzymano:

    Io(T6) = 20 mA

Ståd:

              (Ec)²   Ec∙Io(T6)
    Pc(T6) = ────── + ───────── = 0,97 W
             4π²∙Ro       2


Moc strat w tranzystorze T4 jest nieco mniejsza i nie bædzie tutaj
wyznaczana.

Na podstawie uzyskanych wyników obliczeñ jako paræ komplementarnå
zastosowano tranzystory BD254/BD255 grupy B, o nastæpujåcych
parametrach:

    Ucbo(max) = 60 V
    h21E = 50 ÷ 150 przy Ic = 1 A
    Uce = 2 V
    Uceo(max) = 40 V
    Ic(max) = 3 A
    Pc(max) = 12,5 W (Tc = 45°C)

Odpowiednia bædzie równieº para komplementarna BD137/BD138.
@CheckEvents;

[8!]
@Reset
@ClrScr
@SetPosition(40,15);
~6. Obliczenie elementów ukÆadu dynamicznego ªródÆa prådowego.

Poniewaº w przedstawionym przykÆadzie ukÆad typu "bootstrap" pracuje
na tranzystory T4, T5, wiæc odpowiednie zaleºno₧ci zostanå wyznaczone
dla tej konfiguracji.

Sumaryczna rezystancja w kolektorze tranzystora T3 wynosi:

                        0,5∙Ec               0,5∙Ec
   Rc1 + Rc2 = ──────────────────────── = ──────────────────
                 (2 ÷ 5) ∙ Ib(max T4)                Il(max)
                                           (2 ÷ 5) ∙ ───────
                                                      H(21E)

Warto₧ì H(21E) zostanie okre₧lona wedÆug poniºszego wzoru (dotyczy
on konkretnej konfiguracji poÆåczeñ tranzystora T4 i T5):

    H(21E) = h21e(T4) ∙ h21e(T5) = 50 ∙ 20 = 1000

Po podstawieniu warto₧ci liczbowych otrzymujemy:

    Rc1 + Rc2 = 1130 ÷ 2800 Ω

Przyjæto warto₧ì:

    Rc1 + Rc2 = 2000 Ω
@CheckEvents;

[9!]
@Reset
@ClrScr
@SetPosition(40,15);
Warto₧ì rezystancji Rc1 naleºy wybraì z przedziaÆu:

    Rc1 = (20 ÷ 100)∙Rl = 80 ÷ 400 Ω

Przyjæto warto₧ì:

    Rc1 = 360 Ω

Ståd warto₧ì Rc2 wynosi:

    Rc2 = 2000 - 360 = 1640 Ω

Przyjæto warto₧ì katalogowå

    Rc2 = 1,6 kΩ

Na podstawie tych warto₧ci pråd kolektora tranzystora T3 wynosi:

              0,5∙Ec
   Ic(T3) = ───────── = 10 mA
            Rc1 + Rc2

Moc tracona w tranzystorze T3 wynosi:

   Pc(T3) = 0,5∙Ec∙Ic = 200 mW
@CheckEvents;

[10!]
@Reset
@ClrScr
@SetPosition(40,15);
Jako T3 wybrano tranzystor typu BC313-16 o nastæpujåcych parametrach:

   Ucbo(max) = 60 V
   Uceo(max) = 40 V
   Pc(max) = 800 mW (Ta = 25°C)
   Ic(max) = 1 A
   h21E = 100 ÷ 250

~Wyznaczenie pojemno₧ci kondensatora Cf.

Cf wyznaczamy na podstawie poniºszej zaleºno₧ci:

                   (Rc1 + Rc2)∙1000000
   Cf = (5 ÷ 10) ∙ ─────────────────── = 135 ÷ 270 µF
                      2∙π∙ƒd∙Rc1∙Rc2

Wybrano warto₧ì katalogowå:

   Cf = 220 µF

~Wyznaczenie pojemno₧ci kondensatora sprzægajåcego Cs.

Warto₧ì Cs obliczamy na podstawie poniºszej zaleºno₧ci:

         (2 ÷ 3)∙1000000
   Cs = ───────────────── = 4000 ÷ 6000 µF
            2∙π∙ƒd∙Rl

Przyjæto typowå warto₧ì Cs = 4700 µF
@CheckEvents;

[11!]
@Reset
@ClrScr
@SetPosition(40,20);
~7. Obliczenie elementów ukÆadu stabilizacji termicznej prådu
~spoczynkowego tranzystorów mocy.


Na podstawie zaleºno₧ci:

   R6
  ──── = 2
   R7

przyjæto nastæpujåce warto₧ci rezystancji R6 i R7:

   R6 = 3 kΩ

   R7 = 1,5 kΩ

Aby umoºliwiì pÆynnå regulacjæ prådu spoczynkowego tranzystorów
mocy, zastosowano zmienny rezystor R7 o warto₧ci 2,5 kΩ.


Tranzystor T8 moºe byì dowolnym typem krzemowego tranzystora maÆej
mocy, np. BC107.
@CheckEvents;

[12!]
@Reset
@ClrScr
@SetPosition(40,15);
~8. Obliczenie elementów gÆównej pætli sprzæºenia zwrotnego.

Poniewaº wzmocnienie napiæciowe wzmacniacza bædzie zaleºaÆo gÆównie
od elementów pætli sprzæºenia zwrotnego, moºna napisaì relacjæ:

                 R(f2)
    k(uf) = 1 + ─────── = 30 V/V
                 R(f1)

Ståd:

    R(f2)
   ─────── = 29
    R(f1)

Przyjæto nastæpujåce warto₧ci obu rezystancji:

    R(f2) = 30 kΩ         R(f1) = 1 kΩ


~Obliczenie pojemno₧ci kondensatora Cf1.

Warto₧ì Cf1 obliczamy na podstawie zaleºno₧ci:

         (2 ÷ 5)∙1000000
   Cf1 = ─────────────── = 16 ÷ 40 µF
          2∙π∙ƒd∙R(f1)

Wybrano warto₧ì:  Cf1 = 33 µF
@CheckEvents;

[13!]
@Reset
@ClrScr
@SetPosition(40,15);
~9. Obliczenie elementów wzmacniacza róºnicowego.

Pråd kolektora tranzystora T1 zawiera dwie skÆadowe: pråd pÆynåcy
przez rezystancjæ R4 oraz pråd bazy tranzystora T3.

             Ube(T3)
   Ic(T1) = ───────── + Ib(T3)
               R4

Aby pråd bazy tranzystora T3 nie obciåºaÆ zbytnio tranzystora T1,
co warunkuje liniowå pracæ tego stopnia, powinna byì speÆniona
dodatkowa zaleºno₧ì:

    Ube
   ───── = (5 ÷ 10)∙Ib(max)(T3)
    R4

Maksymalny pråd bazy tranzystora T3 ma równieº dwie skÆadowe pochodzåce
od prådu kolektora w stanie spoczynku oraz prådu bazy tranzystora T6
w stanie maksymalnego wysterowania. Maksymalna warto₧ì prådu bazy
tranzystora T6 jest w przybliºeniu równa prådowi bazy tranzystora
T4 i byÆa wyznaczana wg nastæpujåcej zaleºno₧ci:

                   Ic(T3) + Ib(max)(T6)
   Ib(max)(T3) = ──────────────────────── = 0,135 mA
                         h21E(T3)
@CheckEvents;

[14!]
@Reset
@ClrScr
@SetPosition(40,15);
A wiæc otrzymujemy:

    Ube(T4)
   ───────── = (5 ÷ 10)∙0,135 mA = 0,675 ÷ 1,35 mA
      R4

Warto₧ì prådu pÆynåcego przez rezystancjæ R4 ustalono na 1 mA,
ståd warto₧ì rezystancji R4 wynosi:

           Ube(T3)
   R4 = ───────────── = 0,7 V / 1 mA = 700 Ω
            I(R4)

Przyjæto warto₧ì katalogowå

   R4 = 680 Ω

Po podstawieniu warto₧ci liczbowych zaleºno₧ì

             Ube(T3)
   Ic(T1) = ───────── + Ib(T3)
               R4

przybiera postaì:
                    10 mA
   Ic(T1) = 1 mA + ─────── = 1,1 mA
                     100
@CheckEvents;

[15!]
@Reset
@ClrScr
@SetPosition(40,15);
Aby ukÆad wej₧ciowego wzmacniacza róºnicowego byÆ symetryczny,
przyjæto równieº takå samå warto₧ì dla prådu kolektora tranzystora
T2. Na podstawie uzyskanych danych warto₧ì rezystancji R5 wynosi:

         0,5∙Ec ─ Ube(T1)
   R5 = ────────────────── = 8,8 kΩ
         Ic(T1) + Ic(T2)

Przyjæto warto₧ì katalogowå:

   R5 = 8,2 kΩ

Jako T1 i T2 zastosowano tranzystory typu BC107B.


~Obliczanie obwodu polaryzacji bazy tranzystora T1.

Poniewaº w ukÆadzie wej₧ciowym zastosowano wzmacniacz róºnicowy,
co eliminuje wpÆyw zmian termicznych napiæcia Ube na stabilno₧ì
punktu pracy, istnieje dosyì duºa dowolno₧ì przy wyborze warto₧ci
elementów, korzystniej jest jednak zastosowaì niezbyt duºe warto₧ci
rezystancji. Jako R1 i R2 przyjæto 20 kΩ. Impedancja wej₧ciowa
ukÆadu dla przebiegów zmiennych wynosi okoÆo 1 MΩ, jako rezystancjæ
R3 decydujåcå o impedancji wej₧ciowej caÆego ukÆadu przyjæto 33 kΩ,
co speÆnia warunek podany w zaÆoºeniach.
@CheckEvents;

[16!]
@Reset
@ClrScr
@SetPosition(40,15);
~Obliczanie pojemno₧ci kondensatora C2.

Poniewaº dla przebiegów zmiennych rezystancje R1, R2 i R3 så poÆåczone
równolegle, odpowiednia zaleºno₧ì przybierze postaì:


         (5 ÷ 10)∙1000000
   C2 = ────────────────── [µF] = 5 ÷ 10 µF
            2∙π∙ƒd∙Rz


gdzie:


   1      1      1      1
  ──── = ──── + ──── + ────
   Rz     R1     R2     R3


Przyjæto warto₧ì:

   C2 = 10 µF
@CheckEvents;

[17!]
@Reset
@ClrScr
@SetPosition(40,15);
~Obliczenie pojemno₧ci kondensatora C1.

Podobnie jak pojemno₧ì kondensatora C2, pojemno₧ì C1 wyznaczona
zostanie ze wzoru na dolnå czæstotliwo₧ì granicznå:

         (5 ÷ 10)∙1000000
   C1 = ────────────────── = 1,3 ÷ 2,6 µF
            2∙π∙ƒd∙R3

Wybrano warto₧ì katalogowå:

   C1 = 2,2 µF
@CheckEvents;