Пример выполнения этапа расчета двухтактного усилителя мощности при проектировании угловой следящей системы

Схема двухтактного транзисторного усилителя мощности (УМ), работающего в классе В, представлена на рис. 3.44. Усилитель мощности нагружен на обмотку управления двигателя. Нагрузка замещается последовательно включенными активным R_y =173 Ом и реактивным X_Y =166 Ом сопротивлениями. Входной модулированный, но амплитуде сигнал на несущей частоте 400 Гц поступает от предварительного усилителя, в качестве которого рекомендуется операционный усилитель К140УД7. Напряжение насыщения и допустимое минимальное сопротивление нагрузки операционного усилителя составляют U_s = 11,5 В и R_limin = 2 кОм.

При номинальном напряжении на обмотке управления двигателя U_{y ном} = = 60 В амплитуда входного сигнала должна быть меньше U_s. Рекомендуется принять наибольшее действующее значение U _мах = 5 В.

Комплексный коэффициент усиления УМ на несущей частоте со₀ = 2л/₀ С/о = 400 Гц):

Фазовый сдвиг несущей частоты ^Х?₁ между входным и выходным сигналами УМ может быть скомпенсирован интегро-дифференцирующим фильтром предварительного усилителя на базе операционного усилителя К140УД7 по схеме 4, представленной в табл. 4.1. Таким образом, УМ и ПУ можно рассматривать по отношению к огибающей сигналов как безынерционные звенья с коэффициентами усиления К_ум и К .

Расчет ведут от нагрузки усилителя к его входу. Поскольку никаких дополнительных данных по проектируемому УМ нет, то можно предложить предъявлять заведомо заниженные требования к трансформаторам в схеме УМ.

Зададимся КПД трансформаторов Тр, и Тр₂, которые определяются с использованием закона Кирхгофа для активных элементов приведенной к первичной обмотке схемы замещения трансформатора (см. рис. 3.6):

где г_{ и г₂ — сопротивления первичной и вторичной обмоток соответствующих трансформаторов; п_л = (щ/^₂)_Тр1, ^пг ⁼ (^А^трг ^— коэффициенты трансформации; |3 — коэффициент усиления по току транзистора в схеме с общим эмиттером.

Пусть R[ = Rji = 0,1 R_H. Определим в этом случае КПД коллекторной цепи каждой из первичных обмоток Тр₂:

Активная мощность в нагрузке Р_х и активная мощность источника с учетом КПД коллекторных цепей транзисторов Р_к составляют:

Учитывая, что каждый транзистор УМ работает по времени только на половине периода несущей частоты, наибольшая мощность, выделяемая на переходе К—Э транзистора.

В рассматриваемом варианте Р = 2,0 Вт.

Транзисторы выбираются из условия Р_{кэ д0||} >2Р = 4,0 Вт.

В силу того что проектируемый усилитель должен обладать большим коэффициентом усиления по току (максимальный ток на выходе операционного усилителя не превышает 0,005 А), а максимальная амплитуда тока в обмотке управления составляет.

выберем составной транзистор типа 2Т708Л. Его параметры представлены в табл. 3.7.

Таблица 3.7

Технические параметры транзистора 2 Т 708А.

* Числитель — Р_т с теплоотводом; знаменатель — Р_К1 без теплоотвода Предварительно напряжение питания выбираем из условия U_Q = 0,5 U_{K I доп}.

Пусть U₀ = 50 В. Проведем предварительную оценку коэффициента трансформации Тр₂:

При реализации усилителя целесообразно подбирать стандартные броневые трансформаторы из серий ТА, ТН, или ТАН на 400 Гц, ориентируясь на полученные выше цифры. Эти трансформаторы выпускаются на частоты 50 и 400 Гц. Трансформаторы выпускаются па разные мощности и имеют одну первичную обмотку и разное число вторичных обмоток. Все обмотки характеризуются предельными значениями напряжений и токов. Предельные значения напряжений первичной обмотки могут составлять для разных типоразмеров трансформаторов 40, 115 или 220 В. Для этих напряжений первичных обмоток в справочнике приводятся значения напряжений на вторичных обмотках. При подборе трансформаторов могут меняться ролями первичные и вторичные обмотки, обмотки могут соединяться последовательно, но при этом действующие значения токов п напряжений на них не должно превышать предельных значений для данного трансформатора.

Наиболее подходящим в качестве Тр₂ является трансформатор типа ТА17−115−400. Первая цифра в его марке — это его типоразмер, вторая — напряжение первичной обмотки, третья — частота напряжения. Этот трансформатор имеет семь обмоток, характеристики которых представлены в табл. 3.8.

Таблица 3.8

Электрические параметры обмоток трансформатора ТА17−115−400.

В этом трансформаторе можно использовать все обмотки. Две половины первичной обмотки Тр₂ образуют последовательные соединения обмоток 2—4—6 и 3—5—7, а вторичной обмоткой будет служить обмотка 1. В этом варианте коэффициент трансформации п₂ = 0,54. Для такого трансформатора уточненное значение U₀ = 55 В.

Амплитуда токов коллектора и базы транзистора:

Отметим, что действующее значение тока через одну половину первичной обмотки Тр₂ составляет 0,23 А, что не превышает предельных значений токов вторичных обмоток данного трансформатора.

Амплитуда входного напряжения транзистора с учетом стандартного значения номинала R_y = 16 Ом:

Проведем предварительную оценку коэффициента трансформации Тр:

Для реализации Тр, выберем трансформатор ТЛ1−40−400, который имеет также семь обмоток. Электрические параметры его обмоток приведены в табл. 3.9.

Электрические параметры обмоток трансформатора ТА1−40−400.

Две половины вторичной обмотки Тр, образуют последовательные соединения обмоток 2—4—6 и 3—5—7, а первичной обмоткой будет служить обмотка 1. В этом варианте коэффициент трансформации п., = 0,645.

Амплитуда тока /," первичной обмотки трансформатора Тр, оценивается по определенному ранее максимальному значению тока базы /_6тах:

Входное сопротивление усилителя мощности определяется как.

Входное сопротивление УМ превышает минимально допускаемое в 2 кОм для нагрузки заданного по ТЗ операционного усилителя, который предполагается использовать в качестве предварительного.

Следует отметить, что построенный макет рассчитанного УМ обычно требует наладки из-за того, что реальные параметры транзисторов, резисторов и трансформаторов допускают известные отклонения от номинальных значений.