вход Вход Регистрация



Усилители мощности (УМ) предназначены для отдачи заданной мощности сигнала в сопротивление нагрузки. Они бывают однотактные и двухтактные. Однотактные УМ по структуре ничем не отличаются от RC–усилителей (УМ резистивные, УМ с непосредственным включением нагрузки в выходную цепь) и от усилителей с трансформаторной или индуктивной (дроссельной) связью. В УМ можно использовать любые усилительные элементы: электронные лампы, транзисторы, операционные усилители и т.д., но у однотактных УМ малое КПД (у резисторных УМ на транзисторах 5-6%, а ламповых – 2-3%, а с непосредственным включением Rн в выходную цепь (вместо Rк) порядка 20%, у лампового – 12%, на триодах до 7%). Более высоким КПД обладают дроссельные и трансформаторные УМ, у них КПД вдвое больше, а у резистивных в шесть раз.

 

Усилители мощности относятся ближе к схемам энергетической электроники, поэтому при их проектировании в первую очередь необходимо обеспечить хорошие энергетические показатели. Несмотря на то, что однотактные УМ просты, используют один усилительный элемент, допустимый уровень частотных и нелинейных искажений и т.д., из-за малого КПД и коэффициента усиления, необходимости подавать на вход большую амплитуду сигнала, сильной зависимости способа включения, типа нагрузки однотактные УМ применяются как каскады или как усилители малой мощности. Для мощных усилений обычно применяют двухтактные схемы, которые представляют две группы параллельно включенных усилительных элементов, образующих два одинаковых симметричных плеча схемы, работающих на общую нагрузку и могут иметь любую схему включения и любую межкаскадную связь или связь с нагрузкой.

Усилители мощности с дроссельной и трансформаторным выходом имеют достаточно большие массогабаритные показатели, значительные частотные, фазовые и особенно нелинейные искажения, невысокий КПД и пр. Перспективными усилителями являются бестрансформаторные двухтактные каскады мощного усиления, где нагрузка включается непосредственно в выходную цепь усилителя. Так как бестрасформаторные каскады обычно работают с большими токами, что в схемах предусматривают улучшенную термостабилизацию за счет глубокой ОС по постоянному току и термозависимых элементов и схем (резисторов, p-n-переходов, каскадов).

Бестрансформаторные усилители мощности рис. 2.29 и 2.30 имеют коэффициент усиления по напряжению, близкий к единице: КU ≈ 1. Усиление по мощности КP = КU КI выполняют за счет большого усиления по току КI.

В тех случаях, когда необходимо обеспечить усиление по напряжению или получить высокое выходное сопротивление, применяют двухтактные усилители мощности, выполненные по схеме с ОЭ (рис. 2.29, а). В ней транзисторы VT1, VT2 работают в режиме В и каждый из них усиливает «свою» полуволну входного напряжения.

В отличие от каскада на транзисторах, включенных по схеме с ОК, выходное сопротивление у данного каскада большое и определяется сопротивлением . Коэффициент усиления по напряжению зависит от сопротивления нагрузки:

(2.1.)

 

так как у транзисторов VT1 и VT2 различны, то разные полуволны усиливаются по-разному и без введения ОС нелинейные искажения сигнала велики. Местная ОС, введенная с помощью резисторов R2, эффективна только тогда, когда выполняются условия

 

, , ,

 

Тогда (2.1) примет вид

(2.2)

 

Рисунок 2.29 – Выходной каскад ОЭ (а) и на полевых транзисторах (б)

 

В мощных бестрансформаторных каскадах, в которых транзисторы включены с ОК, может произойти короткое замыкание выходных зажимов. Как привило, оно вызывает выход транзисторов из строя из-за превышения коллекторным током допустимого значения. Для защиты от коротких замыканий в эмиттерные цепи мощных выходных транзисторов включают небольшое сопротивление R0, ограничивающие ток (рис. 2.30, а) или вводят дополнительные транзисторы, которые открываются только при больших токах нагрузки и, шунтируя входную цепь, ограничивают значение выходного тока на безопасном уровне.

Одна их возможных схем защиты с помощью дополнительных транзисторов VT5, VT6 показана на рис. 2.30, б.

 

Рисунок 2.30 – Схемы двухтактных бестрансформаторных каскадов со

сниженными нелинейными искажениями (а) и защитной от КЗ на выходе (б)

 

При коротком замыкании выходного зажима ток через сопротивление R0 увеличивается и создает падение напряжения U = IнR0, открывающее в соответствующие полупериоды транзисторы VT5,VT6. Оказываясь в режиме насыщения, они шунтируют входную цепь мощного усилительного каскада. В итоге входное напряжение в основном падает на сопротивление Rвых, а токи транзисторов VT3, VT4 не превышают значений, при которых транзисторы VT4, VT6 открылись. Подобная защита имеет высокое быстродействие и обеспечивает надежную работу мощных усилительных каскадов. При ее введении обязательно наличие дополнительного сопротивления Rвых, которое выбирают исходя из минимально допустимого значения сопротивления нагрузки предусилителя, к которому подключается выходной каскад.


Случайные новости

5.4.2 Устойчивое ламинарный движение между параллельными плоскостями

Рассмотрим движение жидкости в канале, образованном двумя параллельными стенками. Размер канала по направлению нормали к плоскости рисунка считать большим, чтобы можно было не учитывать влияние стенок, параллельных плоскости рисунка (рисунок 5.3)
При решении задачи будем считать, что движение жидкости не только перемещением бесконечно широкой верхней пластины, но и перепадом давления оси Х: .

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5.3


Поскольку движение устойчивое, то:



При решении задачи массовыми силами пренебрегать. Дифференциальные уравнения движения вязкой жидкости примут вид:


К этим трем уравнениям добавим уравнение неразрывности потока несжимаемой жидкости:

Тогда из уравнения неразрывности:

а так же .
При ламинарномсе вдоль оси Х считать, что линиями тока прямые, параллельные оси, тогда: , а так же равны нулю производные:

 

, ,

, ,


Поскольку движение оси отсутствует, значит
.

Окончательно, система дифференциальных уравнений движения примет вид:

 

(5.28)

 

Из второго уравнения системы (5.28) делаем вывод: , а это означает, что, давление является функцией только координаты Х. Скорость является функцией только координаты У, поэтому первое уравнение системы (5.28) можно переписать, переходя от частных производных к полным производных:

(5.29)
Введем обозначения: , тогда уравнение (5.29) примет вид:


Интегрируем последнее уравнение дважды по переменной У, получим:

 

(5.30)

Найдем постоянные интегрирования, используя граничные условия:

При

При

 

Подставим граничные условия в уравнение (5.30):

 

 

Окончательно, закон изменения скорости принимает вид:

 

 

Или:

(5.31)

Поскольку, где - перепад давления на длине l. Знак минус означает, что при увеличении координаты давление уменьшается. Формула для скорости примет вид:
(5.32)
Рассмотрим частный случай безнапорной течения жидкости, при котором . Это случай фрикционного движения, причиной которого перемещение одной из пластин, например верхней. Такое движение жидкости известен как течение Куэтта.
Тогда:
(5.33)

То есть, скорость в поперечном сечении имеет линейный закон изменения. Касательное, обусловленное вязкостью, может быть вычислено по формуле:

(5.34)

Касательное постоянно по толщине слоя. Эпюры изменения скоростей и касательных изображенные на рисунке 5.4

 


Рисунок 5.4

Вычислим удельный расход жидкости через поперечное сечение зазора, шириной :
(5.35)

Удельный расход, исчисленная по средней, скорости будет равна:

(5.36)

Сравнивая формулы (5.35) и (5.36), находим, что средняя скорость такого фрикционного движения жидкости равна:

Рассмотрим еще один частный случай - случай напорного течения жидкости в плоском канале при неподвижных пластинах, так называемого движения в щели. Из формулы (5.31), при значении, получим:

(5.37)

Как видно из выражения (5.37), закон изменения скорости по поперечному сечению в этом случае параболический. Найдем максимальную скорость. Приравнивая первую производную от скорости по координате нулю, найдем, при каком значении координаты скорость будет иметь максимальное значение:

 

Откуда: .

 

Тогда:

(5.38)


Задаваясь в формуле (5.38) значением , получим:

 

(5.39)


Касательные могут быть вычислены:

(5.40)

Как видно из формулы (5.40), касательные на стенках канала принимают максимальные значения, а в центре канала они равны нулю. . Знак касательных зависит от знака. При значениях скорость возрастает, так и, а при значениях скорость убывает, так и так же .



Эпюры распределения скоростей и касательных в поперечном сечении изображенные на рисунке 5.5
Найдем удельный расход жидкости при протекании в щели:

 



Рисунок 5.5
Учитывая , что, выражение для расхода примет вид

(5.41)

Определим среднюю скорость:

(5.42)
Тогда:

Потери давления при движении жидкости в щели:

(5.43)

Число Рейнольдса, как известно, равна
Тогда, формула потерь давления (5.43) примет вид:



Потери по длине щели могут быть выражены:

(5.44)

Сравниваем формулу (5.44) с формулой Дарси-Вейсбаха (5.14) для потерь по длине:


О, что коэффициент гидравлических потерь по длине при ламинарном установившемся движении жидкости в щели, равна:

Найдем компоненты вихря при ламинарном движении в щели:


Учитывая, что:
(5.45)
Как видно из формулы (5.45), при значениях, значение , то есть частицы жидкости совершают вращательное движение по часовой стрелке, а при значениях, значение, то есть частицы жидкости вращаются против часовой стрелки.


© 2019
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру