Параметры радиосетей и усилителей

Не разобранное
Administrator
796
18-05-2018, 11:47
0

Зависимость выходной мощности от напряжения питания

Нередко приходится прикидывать, сколько может отдать усилитель с каким-либо известным напряжением питания. Или нужно найти напряжение, при котором усилитель отдаст нужную мощность. Или просто бывает желание проверить достоверность сведений, указанных в рекламе.

Рассмотрим работу стандартного усилителя, с бестрансформаторным двухтактным выходным каскадом на кремниевых транзисторах, работающим в наиболее распространенном режиме АВ.

На усилитель подается определенное напряжение питания, например +20в/-20в. В точке соединения транзисторов (она является выходом) напряжение удерживается равным нулю. При поступлении на базы транзисторов синусоидального сигнала, верхний из них начинает плавно открываться, пропуская положительное напряжение в нагрузку. В верхней точке полупериода транзистор максимально открыт, и напряжение на нагрузке максимально. Затем транзистор начинает закрываться, и в момент его полного закрытия начинает открываться нижний транзистор, пропуская в нагрузку отрицательное напряжение. Затем он также закрывается, и в работу снова вступает верхний транзистор.

Выходная мощность прямо пропорциональна квадрату действующего значения переменного напряжения на нагрузке и обратно пропорциональна ее сопротивлению.

Действующее значение составляет 0.72 амплитудного значения. Амплитудное значение - это значение в крайних точках (верхней и нижней) синусоиды, то есть в моменты полного открывания транзисторов.

В начале следует рассчитать так называемую расчетную мощность (Pрасч.). Она всегда больше номинальной на величину потерь в эмиттерных резисторах и делителе цепи ООС, и составляет

1.	Pрасч. ≥ 1.1 Pном.

Напряжение источника питания (одного или суммы двух) определяется по формуле

2.	Uи.п.=2(√2Pрасч.*Zнагр. + Uкэ.нас)

, где Uкэ.нас - напряжение на выходных транзисторах, для германиевых оно составляет 0.4...2, для кремниевых 2...5в и уточняется по справочным данным на транзисторы.

Амплитуда тока коллектора Iк.max, и среднее значение тока, потребляемого от источника питания Iк.ср.,находится по формулам:

3.	Iк.max=√2Pрасч/Zнагр.
4.	Iк.ср=Iк.max/π

Максимальная мощность рассеяния на транзисторе одного плеча:

5.	Pк.max ≈ 0.5Pрасч.

При выборе выходных транзисторов следует руководствоваться следующим:

Uкэ.доп ≥ 1.2 Uи.п. (Uкэ.доп - допустимое напряжение для транзистора; Uи.п. - сумма двух напряжений питания, или однополярное напряжение.)

Iк.доп ≥ (1.2...1.3) Iк.max (Iк.доп - допустимый ток коллектора транзистора; Iк.max - максимальный ток, см. формулу 3)

Pк.доп ≥ Pк.max (Pк.доп - допустимая мощность рассеяния транзистора, Pк.max - максимальная мощность, см. формулу 5)

fβ > (2...4) fв (fβ - граничная частота усиления транзистора при включении с ОЭ, fβ ≈ fα / β, fв - верхняя граница диапазона частот)

Пример расчета.

Дано:

Pном. (требуемая) = 50вт

Zн. = 4ом

fв = 20кГц.

Применяются транзисторы КТ808

Просадка в блоке питания 15%, т.е.

Uх.х-15%*Uх.х.=Uи.п.

Справочные данные на транзисторы КТ808:

Uкэ.доп=120в

Iк.доп=10а

Pк.доп=60вт

fβ=7МГц

Uкэ.нас.= 2.5в

Найти:

Uи.п. (сумма напряжений источников питания), требуемое напряжение холостого хода Uх.х.

Iк.ср (средний потребляемый ток выходного каскада)

Мощность блока питания для одного канала.

КПД выходного каскада с блоком питания.

Подтвердить или опровергнуть возможность применения данных транзисторов.

усилитель.

Pрасч. ≥ 1.1 Pном =1.1*50=55вт

Uи.п.=2(√2Pрасч.*Zнагр. + Uкэ.нас) = 2 (√2*55*4 + 2.5) =2 * 23.5в

Iк.max=√2Pрасч/Zнагр. = √2*55/4 =5.24а

Iк.ср=Iк.max/π = 5.24/3.14 =1.67а

транзисторы.

Pк.max ≈ 0.5Pрасч = Pк.доп = 0.5*55 =27.5вт < 60вт, значит транзисторы подходят

Iк.доп = 1.3 * Iк.max = 1.3*5.24 =6.8а < 10а, значит транзисторы подходят

Uкэ.доп = 1.2 * Uи.п. = 1.2*2*23.5 =56.4в < 120, значит транзисторы подходят.

блок питания.

Uи.п. - напряжение питания выходного каскада под нагрузкой, см. формулы выше.

Uх.х - напряжение холостого хода блока питания.

Uи.п.=Uх.х - 15/100*Uх.х.=85/100*Uх.х

Uх.х=117.5/100*Uи.п.=2*23.5*117.7/100 = 2*28в

Pб.п.=Uх.х*Iк.ср = 2*28*1.67 = 93.52вт

КПД=Pвых/Pб.п = 50/93.52 =0.535=53.5%

Чтобы найти расчетную, а затем номинальную мощность, из формулы №2 удобно вывести следующую формулу:

Затем ее перевести в номинальную, и учитывая просадку в блоке питания, равную в большинстве случаев 15%, найти реальную мощность. При увеличении сопротивления нагрузки уменьшается ток, и уменьшается просадка в блоке питания, способствующая некоторому увеличению мощности.

Напряжение питания на холостом ходу (суммарное по + и - при двухполярном питании или однополярное)	Напряжение насыщения Uкэ.нас (тип транзисторов)	Номинальная выходная мощность (просадка блока питания) на нагрузки сопротивлением			Примеры усилителей
	Напряжение насыщения Uкэ.нас (тип транзисторов)	4ом	8ом	16ом	Примеры усилителей
38в (19+19в)	2.5в (КТ805А)	20вт (1.2)	12.5вт (1.1)	6.9вт (1.05)	усилитель радиолы Мелодия-101/104 и электрофона Мелодия-103
52в (26+26в)	2.5в (КТ805 и КТ837)	40вт (1.2)
64в (32+32в)	2.5в (КТ808А)	60вт (1.23)			Радиотехника-УКУ-020
76в (38+38в) (100У-101)	2.5в (КТ808А)	98вт (1.2)			100У-101, Степь-103


Усилители 100У-101 и Степь-103 рассматриваются как стереоусилители с двумя каналами.

1. Во многих усилителях мощность меньше приведенной в таблице, так как при мощности, соответствующей таблице, искажения могут превышать допустимый уровень (0.5%). В хороших усилителях мощность близка к табличному значению.

Поэтому, усилитель Радиотехника-7101 имеет номинальную мощность 20вт на канал (вместо 40вт), при питании 26+26в. По этим же причинам Мелодия-101,103 и 104 имеет номинальную мощность 6вт (вместо 20вт). Но тут сказывается недостаток емкости конденсаторов, а в Мелодии еще и алюминиевый трансформатор и несовершенная схема с большими искажениями. В усилителях Сигма-200, Эстония-010, Бриг-001, Радиотехника-020, 100У-101 выходная мощность в пределах табличной.

2. В рекламе некоторых усилителей (особенно автомобильных) указывается их максимальная мощность (например 22вт на 4ом при 14.4в питании и мостовом включении), но не указывается номинальная. Она обычно не более 14.3вт.

Выходные напряжения усилителей, напряжения, подводимые к динамикам, колонкам, выходным трансформаторам

Такой параметр, как выходное напряжение усилителя, считается одним из основных. Его нужно знать при расчете ламповых усилителей для колонок стандартного сопротивления (импеданса), при выборе трансформатора для подключения полупроводникового усилителя к трансляционной сети, для расчета цепей ООС или защиты усилителя.

Мощность номинальная усилителя.	Напряжение на нагрузке при ее сопротивлении (импедансе).
Мощность номинальная усилителя.	2ом	3ом	4ом	6ом	8ом	12ом	16ом
0.25вт	0.707в	0.87в	1.0в	1.22в	1.414в	1.75в	2.0в
0.5вт	1.0в	1.22в	1.414в	1.75в	2.0в	2.5в	2.828в
1вт	1.414в	1.75в	2.0в	2.5в	2.828в	3.5в	4.0в
2.5вт	2.22в	2.75в	3.15в	3.9в	4.45в	5.5в	6.3в
5вт	3.15в	3.9в	4.45в	5.5в	6.3в	7.8в	8.9в
10вт	4.45в	5.5в	6.3в	7.8в	8.9в	11в	12.6в
15вт	5.5в	6.7в	7.8в	9.5в	11в	13.4в	15.6в
25вт	7.07в	8.7в	10в	12.2в	14.14в	17.5в	20в
40вт	9в	11в	12.5в	15.5в	18в	22в	25.2в
50вт	10в	12.2в	14.14в	17.5в	20в	24.5в	28.28в
75вт	12.2в	15в	17.5в	21.3в	24.5в	30в	35в
100вт	14.14в	17.5в	20в	24.5в	28.28в	35в	40в
150вт	17.5в	21.2в	24.5в	30в	34.6в	42.5в	49в
200вт	20в	24.5в	28.28в	34.6в	40в	49в	56.5в

Импеданс нагрузки радиотрансляционной сети

Одним из основных параметров радиотрансляционных сетей является импеданс. То есть полное электрическое сопротивление на какой-либо частоте, обычно 400гц. Его измеряют при неисправностях на линии, на него рассчитывают оборудование.

Импеданс громкоговорителя - в рупорных громкоговорителях и трансляционных колонках величина постоянная, в абонентских и трехпрограммных громкоговорителях измеряется при установке регулятора на максимальную громкость.

Импеданс линии, сети или участка сети - импеданс трансляционной сети, на которой включены все имеющиеся громкоговорители (при наличии абонентских их регуляторы выставляются на максимальную громкость).

Импеданс трансформаторов - в данном случае подразумевается импеданс обмотки трансформатора, при подключении к другой обмотке номинальной нагрузки.

Импеданс реальной сети или громкоговорителя часто больше, а потребляемая мощность меньше, так как не вся нагрузка включена.

Мощность громкоговорителя (нагрузки усилителя, трансформатора).	Импеданс нагрузки (полное сопротивление, а не активное) при напряжении на зажимах.
	15в	30в	60в	85 (90)в	120в	170 (180)в	240в	340 (360в)
0.125	1800 ом	7200 ом
0.25	900 ом	3600 ом
0.5	450 ом	1800 ом
1	225 ом	900 ом
2.5	90ом	360 ом	1440 ом	2880 ом	5760 ом	11520 ом	23040 ом
5	45ом	180 ом	720 ом	1440ом	2880 ом	5760 ом	11520 ом
10	22.5ом * 0.667а	90 ом * 0.33а	360 ом * 0.166а	720 ом * 0.118а	1440 ом * 0.083а	2880 ом * 0.059а	5760 ом * 0.0416а
12.5	18ом * 0.833а	72 ом * 0.416а	288 ом * 0.208а	576 ом	1152 ом	2304 ом	4608 ом	9216ом * 0.0368а
25	9 Ом	36 ом	144 ом	288 ом	576 ом	1152 ом	2304 ом	4608ом * 0.0738а
50	4.5ом	18 ом	72 ом	144 ом	288 ом	576 ом	1152 ом	2304ом * 0.147а
100		9 ом * 3.33а	36 ом * 1.66а	72 ом * 1.18а	144 ом * 0.833а	288 ом * 0.59а	576 ом * 0.416а	1152ом * 0.294а

Мощность громкоговорителя (нагрузки усилителя, трансформатора).	Импеданс нагрузки (полное сопротивление, а не активное) и ток через нее при напряжении на зажимах.
	60	85 (90)	120	170 (180)	240	340 (360)	480	680 (720, 740)	960
200 Вт	3.33а * 18ом	2.35а * 36ом	1.66а * 72ом	1.17а * 144ом	0.83а * 288ом
300 Вт	5а * 12ом	3.5а * 24ом	2.5а * 48ом	1.76а * 96ом	1.25а * 192ом
500 Вт	8.3а * 7.2ом	5.9а * 14.4ом	4.16а * 28.8ом	2.95а * 57.6ом	2.08а * 115.2ом	1.47а * 230ом
600 Вт	10а * 6ом	7,05а * 12ом	5а * 24ом	3.52а * 48ом	2.5а * 96ом	1.76а * 192ом
1000 Вт		11.8а * 7.2ом	8.3а * 14.4ом	5.9а * 28.8ом	4.16а * 57.6ом	2.95а * 115.2ом	2.08а * 230ом	1.47а * 460ом	1.04а * 920ом
1.25 кВт			10.41а * 11.52ом		5.2а * 46.08ом	3.67а * 92ом	2.6а * 184ом	1.83а * 372ом	1.3а * 736ом
2 кВт			16.6а * 7.2ом		8.3а * 28.8ом	5.88а * 57.6ом	4.16а * 115ом	2.94а * 230ом	2.08а * 460ом
2.5 кВт			20.82а * 5.76ом		10.41а * 23.04ом	7.35а * 46.08ом	5.2а * 92ом	3.66а * 186ом	2.6а * 368ом
5 кВт			41.64а * 2.88ом		20.82а * 11.52ом	14.7а * 23.12ом	10.41а * 46.08ом	7.32а * 93ом	5.2а * 184ом
7.5 кВт					31.25а * 7.68ом	22.05а * 15.41ом	15.62а * 30.6ом	10.98а * 62ом	7.8а * 122ом
10 кВт					41.64а * 5.76ом	29.41а * 11.52ом
15 кВт					62.5а * 3.84ом	44.1а * 7.68 ом

Мощность нагрузки.	Импеданс нагрузки (полное сопротивление, а не активное) и ток через нее при напряжении на зажимах.
Мощность нагрузки.	1360	1920
800вт	0.6а * 2312ом	0.41а * 4615ом
1кВт	0.73а * 1863ом	0.52а * 3692ом
1.25кВт	0.92а * 1480ом	0.65а * 2953ом
1.5кВт	1.1а * 1236ом	0.78а * 2461ом
2кВт	1.47а * 925ом	1а * 1845ом
2.5кВт	1.84а * 740ом	1.3а * 1476ом
3кВт	2.2а * 618ом	1.56а * 1231ом
4кВт	2.94а * 462ом	2а * 922ом
5кВт	3.68ом * 370ом	2.6а * 738ом

Если клетки пустые- значит таких значений на практике нет.

На большинстве трехзвенных сетей применяются ТП мощностью 5 кВт и напряжением 960/240в. Следовательно, минимальный импеданс (когда нагрузка максимальна) нагрузки ТП (распределительных фидеров, вместе взятых) равен 11.52ом.

Импеданс МФ, идущего к такой ТП (с максимальной нагрузкой на нее), будет равен 184ом.

Мощность абонентского трансформатора составляет 10 или 25вт. Напряжение - 240/30в. Минимальный импеданс нагрузки 25-ваттного трансформатора равен 36ом.

Импеданс первичной обмотки такого трансформатора (когда он максимально нагружен) - 2304ом.

Мощность абонентского громкоговорителя при включении в абонентскую розетку в квартире

1Известно, что абонентские громкоговорители, установленные в квартирах, подключены к абонентской линии через резисторы сопротивлением 300ом в каждый провод. При небольшой мощности громкоговорителя (большом его импедансе) сопротивление этих резисторов не влияет на работу громкоговорителя, но при подключении громкоговорителя большей мощности (меньшим импедансом) они начинают оказывать влияние, то есть ослаблять сигнал. При подключении 8-омного динамика возникает резкое ослабление сигнала и мощность, отдаваемая динамиком, даже меньше мощности абонентского громкоговорителя.

Напряжение в линии 30в, резисторы по 300ом в каждый провод.

Импеданс громкого-ворителя (Z), в скобках его номинальная мощность при включении в 30в без резисторов.	Мощность, отдаваемая им(Pвых).	Напряжение на громкого-ворителе (U1)	Мощность, рассеиваемая на резисторах, Pr (Pr1=Pr2, на каждом)	Падение напряжения на резисторах, Ur(Ur1=Ur2, на каждом)	Ток в цепи (I)	Мощность, потребля-емая из линии (Pлин).
7200 (0.125вт)	0.106вт	27.7в	8.85мвт (4.42мвт)	2.3в (1.15в)	3.85ма	115мвт
3600 (0.25вт)	0.18вт	25.7в	30мвт (15мвт)	4.3в (2.15в)	7.14ма	214мвт
1800 (0.5вт)	0.28вт	22.5в	93.7мвт	7.5в (3.75в)	12.5ма	375мвт
900 (1вт)	0.36вт	18в	240мвт	12в (6в)	20ма	0.6вт
600 (1.5вт)	0.375вт	15в	375мвт	15в (7.5в)	25ма	0.75вт
450 (2вт)	0.367вт	12.86в	0.49вт	17.14в	28.57ма	0.86вт
225 (4вт)	0.3вт	8.(18)в	0.79вт (0.4вт)	21.8в	36.(36)ма	1.09вт
100 (9вт)	0.184вт	4.29	1.1вт (0.55вт)	25.7в	42.86ма	1.29вт
50 (18вт)	0.1вт	2.3	1.28вт	27.7в	46.15ма	1.38вт
32 (28.1вт)	71.7мвт	1.51в	1.35вт	28.5в	47.47ма	1.42вт
16 (56.25вт)	38мвт	0.78	1.42вт	29.22в	48.7ма	1.46вт
8 (112.5вт)	19.2мвт	0.39	1.46вт	29.61в	49.3ма	1.48вт
4 (225вт)	8.44мвт	0.17в	1.48вт	29.83в	49.67ма	1.49вт
замыкание	0вт	0в	1.5вт (0.75вт)	30в (15в)	50ма	1.5вт

Из таблицы, где указан импеданс нагрузки следует, что 15-вольтовые громкоговорители (от Московской сети) мощностью 0.125 и 0.25вт имеют импеданс 1800 и 900ом соответственно.

Поскольку при включении громкоговорителей мощностью 0.25вт через резисторы они (вместе с резисторами) потребляют меньше (0.214вт), стандартный трансформатор мощностью 10/25вт способен работать на 46/116 громкоговорителей, что немного больше, чем если-бы они втыкались без резисторов (было бы 40/100шт)