Розробка загальної структури перетворювача

 

На рисунку 3 зображена спрощена структурна схема перетворювача.

 

Рисунок 3 – Спрощена структурна схема перетворювача

 

АМВ – автоколивальний мультивібратор, призначений для створення імпульсів заданої частоти, які є запускаючими для ОМВ і частота цих імпульсів 30 кГц.

ОМВ – очікуючий мультивібратор, призначений для формування імпульсів певної тривалості з визначеною амплітудою. Тривалість вихідних імпульсів залежить від ємності конденсатора, діапазон якої коливається в межах 1нФ..1мкФ.

ПН – підсилювач напруги, здійснює подальше підсилення вихідної напруги попереднього каскаду до величини 30 В.

ПП – підсилювач потужності, використовується для забезпечення потужності на навантаженні, опір якого дорівнює 10 Ом.

Попередній розрахунок ОМВ

Визначимо динамічний діапазон перетворювача

 

D= , (1)

D = = .

де С_max – максимальне задане умовою значення ємності;

С_min - мінімальне задане умовою значення ємності.

Оскільки динамічний діапазон не перевищує 100, то необхідності розбивати його на під діапазони немає.

За умовою (кГц)

Задаємо:

 

(10...20) , (2)

0,6 (МГц).

> , <

 

Задавшись = В, приймаємо

 

=(0,8...0,9) , (3)

=12 (В).

 

Для операційного підсилювача

 

(10...20) , (4)

0,6 (МГц).

 

Спираючись на проведені розрахунки обираємо ОП типу 140УД24.

Основні параметри ОП:

 

мВ

мкВ/с

нА

нА

В

В

мА

В

дБ

В

В

Ом

кОм

пФ

МГц

Попередній розрахунок ПП

В якості підсилювача потужності використано комплементарний емітерний повторювач. Принцип дії: VT4 відкритий і працює як емітерний повторювач коли на вході каскаду позитивний сигнал. У цей час VT5 закритий. При негативному сигналі навпаки. Тому електричний розрахунок будемо проводити лише для одного транзистора. Початкові дані: , R_н=10 Ом. Знайдемо максимальний допустимий струм

 

І_max = , (5)

І_{max= =} 3 (А).

 

Розрахуємо максимальну вихідну потужність

Р_max=U_max·I_max, (6)

Р_max=30·3=90 (Вт).

 

Задамось умовою

На основі розрахунків оберемо транзистори VT4 та VT5 таких номіналів: КТ819ВМ n-p-n: КТ818ВМ p-n-p:

 

=100 Вт =100 Вт

=15 А =15 А

=60 В =60 В

=20 =20

=3 МГц =3 Мгц

=1 В =1 В

=5 А =5 А

 

Дані транзистори цілком задовольняють умовам.

Оберемо діоди VD1 та VD2.

Основні параметри:

 

=0,3 А

=1 А

=10 мкс

=1 мкА

 =50 В

=0,3 А

f=200 кГц

C=2,5 пФ

Заданим параметрам відповідає діод типу КД130АС, що цілком задовольняє умовам.

Попередній розрахунок ПН

Визначимо коефіцієнт підсилення по напрузі:

 

, (7)

.

 

де V_{вих max} – максимальна вихідна напруга;

V_{вх max} - максимальна вхідна напруга.

Коефіцієнт підсилення ПН на БТ:

 

, (8)

.

 

де V_{вих max} – максимальна вихідна напруга;

V_{ОП min} – мінімальна напруга на операційному підсилювачу.

Отже сигнал на виході підсилювача матиме напругу 30 В, тобто підсилювач виконає підсилення амплітуди сигналу у 6,5рази.

Виберемо активний елемент підсилювача потужності спираючись на наступні дані:

Оскільки коефіцієнти підсилення транзисторів VT4 та VT5 К_пр=4дб=80, то:

Р_вх= , (9)

Р_вх= =0,3 (Вт).

Р_к  (Вт)

 (В)

 

Визначимо максимальний колекторний струм

 

І_кмах=  , (10)

І_кмах =  (мА).

 

де P_k – максимальна потужність колектора;

U_max – максимальна вихідна напруга.

Заданим параметрам відповідає транзистор n-p-n типу КТ3117A

Основні параметри транзистора КТ3117A:

 

=300 мВт

=400 мА

=50 В

=40/200

=10 мкА

=300 мГц

=0,6 В

=500 мА

Т=-60..+100 С

 

Отже транзистор VT3 типу n-p-n КТ3117А.

Попередній розрахунок АМВ

Вхідні дані: f_max= 30 (кГц)

Амплітуда вихідного сигналу не повинна перевищувати 30В, тобто може бути у діапазоні від 0,5 до 30В. Нехай для даного каскаду =5В.

Задамося напругою живлення

 

 =(1,4...1,2) , (11)

E_ж =12 (В).

, (12)

=0,6 (МГц).

 (В)

 

Оскільки коефіцієнти підсилення транзистора VT3 К_пр=4дб=80, то:

 

Р_вх= , (13)

Р_вх =  (мВт).

Р_к  мВт

 (В)

І_кмах= , (14)

І_кмах =  (мА).

На основі розрахунків оберемо транзистори VT1, VT2 типу n-p-n КТ315Ж:

 

 (при =10кОм) =15В

=50 мА

=100 мВт

=10 пФ

=100 мГц

 

Дані транзистори цілком задовольняють умовам.