Курсовая работа (т): Расчет импульсного усилителя мощности при сопротивлении нагрузки 30 Ом, индуктивности нагрузки 30 мГн и частоте коммутации 10 кГц.

Расчет импульсного усилителя мощности при сопротивлении нагрузки 30 Ом, индуктивности нагрузки 30 мГн и частоте коммутации 10 кГц.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Московский авиационный институт

Национальный исследовательский университет (МАИ)

КУРСОВАЯ РАБОТА

по курсу

Техническая электроника

На тему:

Расчет импульсного усилителя мощности при сопротивлении нагрузки 30 Ом, индуктивности нагрузки 30 мГн и частоте коммутации 10 кГц

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Исходные данные для расчёта

. Статический расчёт

. Энергетический расчет

Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ

Импульсные усилители мощности (ИУМ) - это устройства для импульсного регулирования и преобразования энергии, поступающей от источника постоянного напряжения в нагрузку. Такие усилители широко применяются для импульсного регулирования.

На вход ИУМ подается управляющее периодическое напряжение прямоугольной формы с изменяющимся коэффициентом заполнения k_з = Т_и/ Т (Т_и - длительность импульса, Т - период импульсного напряжения). Это напряжение снимается с выхода широтно-импульсного модулятора (ШИМ), выходная мощность которого составляет единицы-десятки мВт. Поэтому ИУМ должны иметь достаточно большое усиление по мощности (k_p). С другой стороны, ИУМ должны иметь хорошие энергетические характеристики для того, чтобы преобразование энергии, поступающей от источника питания в нагрузку, происходило с наименьшими тепловыми потерями.

Для получения требуемого усиления по мощности ИУМ должен состоять из достаточно большого числа каскадов.

Для обеспечения высокого КПД применяются специальные методы: параллельное соединение транзисторов, составные транзисторы, насыщение от низковольтных источников и др.

Вариант многокаскадного ИУМ, предназначенный для регулирования среднего значения тока в R-L нагрузках (например, обмотках возбуждения электрических машин или обмотках других электромагнитных механизмов) приведена на рисунке 1. Схема работает в первом импульсном режиме.

Транзисторы VT1, VT3 и VT4 работают синфазно, а VT2 - в противофазе. Схема управляется разнополярным импульсным напряжением. При U_вх< 0 транзистор VT2 насыщен через резистор R1 от источника входного напряжения (выход ШИМ). Транзистор VT1 заперт напряжением U_бэн2. Транзисторы VT3 и VT4 заперты от источника (-U1) через резистор R2, транзистор VT2 и диод VD1. При этом нагрузка отключена от источника питания. С появлением на входе схемы положительного импульса транзистор VT1 насыщается через резистор R1, транзистор VT2 запирается. Транзистор VT3 насыщается от источника +U1 через транзистор VT1 и резистор R2. Транзистор VT4 насыщается от источника U2 через резистор R3 и транзистор VT3. при этом нагрузка подключается к источнику питания. Для увеличения КПД напряжения источников +U1 и-U1 выбраны меньшими, чем напряжение питания (3…5 В). Предусмотрено форсированное запирание от источника -U1 с целью уменьшения времени отключения и динамических потерь.

Рисунок 1 - Трёхкаскадный импульсный усилитель мощности

В ходе проектирования ИУМ необходимо выполнить статический и энергетический расчеты.

Цель статического расчета - выбор полупроводниковых приборов, расчет сопротивлений резисторов.

Цель энергетического расчета - определение суммарных тепловых потерь в схеме при различных режимах ее работы (изменении коэффициента заполнения), определение КПД схемы и размеров теплоотводящих радиаторов.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЁТА

Исходные данные для расчёта приведены в таблице 1.

В таблице использованы следующие условные обозначения:

 - напряжение питания;

 - амплитуда входного напряжения;

 - температура окружающей среды:

 - минимальный коэффициент заполнения;

- максимальный коэффициент заполнения;

 - сопротивление нагрузки;

 - индуктивность нагрузки;

- частота переключений;

 = 6·10⁴;

 - минимальный КПД.

Таблица 1

Исходные данные для расчёта

1. СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ

Определяем максимальный ток нагрузки и предельные режимы выходных полупроводниковых приборов по току и напряжению.

Максимальное напряжение питания:

Максимальный ток нагрузки:

Максимальный ток коллектора транзистора VT4, максимальный ток диода VD1:

Максимальное напряжение коллектор-эмиттер транзистора VT4, максимальное обратное напряжение диода VD1:

Выбираем типы силовых полупроводниковых приборов, приняв во внимание, что по соображениям надежности все элементы схемы должны работать в режимах, составляющих £ 50% от предельно допустимых значений:

На основании предельно допустимых параметров выбираем транзистор КТ8144Б и диод КД273М, параметры которых приведены в таблицах 1.1 и 1.2.

Таблица 1.1

Параметры транзистора КТ8144Б

Таблица 1.2

Параметры диода KД273М

Определяем базовый ток выходного транзистора:

где  = 1,5…2 - коэффициент насыщения;

 - минимальный коэффициент усиления по току при минимальной температуре окружающей среды.

Определяем предельные режимы предоконечного транзистораVT3:

Ток коллектора VT3 считаем примерно равным входному току оконечного каскада:

Максимальное напряжение коллектор-эмиттер транзистора VT3:

Выбираем тип транзистора VT3, приняв во внимание, что по соображениям надежности все элементы схемы должны работать в режимах, составляющих £ 50% от предельно допустимых значений:

На основании предельно допустимых параметров выбираем транзистор КТ841А, параметры которого приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3

Параметры транзистора КТ841А

Определяем базовый ток транзистораVT3:

Ток коллектора VT1считаем примерно равным входному току оконечного каскада:

Выбираем тип транзистора VT1, приняв во внимание, что по соображениям надежности все элементы схемы должны работать в режимах, составляющих £ 50% от предельно допустимых значений:

Максимальное напряжение коллектор-эмиттер транзистора VT1равно удвоенному напряжению Так как  мы можем выбрать по собственному усмотрению, берём  = 5 В. Тогда

Таблица 1.4

Параметры транзистора КТ315В

Определяем базовый ток транзистора VT1:

Определяем сопротивления межкаскадной связи:

где  = 1,5…2 В, = 0,5 В,  = 0,5 В.

Определяем максимальный коллекторный ток VT2:

Выбираем тип транзистора VT2, приняв во внимание, что по соображениям надежности все элементы схемы должны работать в режимах, составляющих £ 50% от предельно допустимых значений:

Максимальное напряжение коллектор-эмиттер транзистора VT1равно удвоенному напряжению Поэтому

На основании предельно допустимых параметров выбираем транзистор КТ3108В, параметры которого приведены в таблице 1.5.

Таблица 1.5

Параметры транзистора КТ3108В