2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему На страницу 1, 2  След.
 
 Трансформатор, как усилитель мощности
Сообщение04.09.2015, 17:04 
Аватара пользователя


28/01/12
112
Доброго времени суток!
Имеется такая проблема: при подключении генератора синусоидального напряжения на низкоомную нагрузку сама синусоида весьма сильна искажается, поэтому хочу заменить буферный каскад усиления мощности (рис. 1) на трансформатор.
Трансформатор должен отвечать следующим требованиям. Обладать рабочей частотой до 200 кГц, мощностью примерно 200 Вт.
Из того, что я прочитал, понятно: необходим трансформатор с ферритовым сердечником, например, ETD34 из материала N87.
Вопрос в следующем: можете посоветовать литературу по расчёту такого трансформатора?
P.S. Ах! Да. Амплитуда моей синусоиды 30 В, частота ~ 130 кГц. Нагрузка примерно 30 Ом.
Рисунок 1:
Изображение

 Профиль  
                  
 
 Re: Трансформатор, как усилитель мощности
Сообщение04.09.2015, 17:15 
Аватара пользователя


08/08/14

991
Москва
Недостаточно данных, да и не проще ли сделать буферный усилитель.
Какова нагрузка, напряжение на ней?

 Профиль  
                  
 
 Re: Трансформатор, как усилитель мощности
Сообщение04.09.2015, 17:40 
Аватара пользователя


28/01/12
112
levtsn в сообщении #1050468 писал(а):
недостаточно данных, да и не проще ли сделать буферный усилитель.
какова нагрузка, напряжение на ней?

Нагрузка порядка 30 Ом.
При её подключении амплитуда искаженного сигнала становится 7.6 В. Сигнал такой:
Изображение

 Профиль  
                  
 
 Re: Трансформатор, как усилитель мощности
Сообщение04.09.2015, 18:44 
Аватара пользователя


08/08/14

991
Москва
Тоесть нагрузка резистивная около 30 Ом и надо в неё отдать 200 ватт на частоте 200 килогерц. Вполне может хватить мостового включения чего-нибудь типа lm3886. Где-то в баксов 150 можно уложиться.

 Профиль  
                  
 
 Re: Трансформатор, как усилитель мощности
Сообщение04.09.2015, 18:46 
Заслуженный участник


07/07/09
5408
А на. выходе микросхемы больше?

Выходной каскад напряжение не усиливает. И трансформатором мощность не усилить.

 Профиль  
                  
 
 Re: Трансформатор, как усилитель мощности
Сообщение07.09.2015, 10:58 
Аватара пользователя


28/01/12
112
levtsn в сообщении #1050497 писал(а):
Тоесть нагрузка резистивная около 30 Ом и надо в неё отдать 200 ватт на частоте 200 килогерц. Вполне может хватить мостового включения чего-нибудь типа lm3886. Где-то в баксов 150 можно уложиться.

Нет, это слишком дорого.

 Профиль  
                  
 
 Re: Трансформатор, как усилитель мощности
Сообщение08.09.2015, 12:54 
Аватара пользователя


28/01/12
112
FE
Xey в сообщении #1050498 писал(а):
А на. выходе микросхемы больше?
Выходной каскад напряжение не усиливает. И трансформатором мощность не усилить.

А мне и не нужно усиливать напряжение. Мне нужна большая выходная мощность.
Сейчас у меня только при 100 омах нормально работает, то есть выходная мощность всего 3 Вт. Мощность рассчитываю по формуле:
$P=\frac {{U_\out}^2} {R_\H}$
Где ${R_\H}$ — сопротивление нагрузки.
Я осознал, что трансформатор таким усилителем мощности быть не может. А можно как-то улучшить мою схему, чтобы выходная мощность возросла?

 Профиль  
                  
 
 Re: Трансформатор, как усилитель мощности
Сообщение08.09.2015, 14:21 
Заслуженный участник


07/07/09
5408
Значит на 100 омах на выходе синусоида 30 вольт, а при уменьшении сопротивления нагрузки (т.е. при увеличении тока) синусоида срезается.?
Видимо не хватает мощности источников питания выходного каскада. Посмотрите на осциллоскопе, не подсаживается ли напряжение источников в максимумах синусоиды.

 Профиль  
                  
 
 Re: Трансформатор, как усилитель мощности
Сообщение08.09.2015, 15:06 
Заслуженный участник


20/08/14
11177
Россия, Москва
Babeuf
Схема в первом посте неполная, нехватает входного резистора между внешним генератором синуса и отрицательным входом ОУ (вывод 2). В приведёной схеме обратная связь по напряжению (через резистор R16) оказывается разомкнутой (внешний генератор её точно пересилит и R16 фактически ни на что не влияет) и ОУ работает фактически в режиме компаратора. Выходной сигнал которого усиливается по току каскадом на транзисторах и его Вы и видите как чуть искаженный меандр (на картинке в третьем посте).
Т.е. ни умощнение источника питания, ни умощнение выходных транзисторов (кстати тоже надо проверить чтобы они были способны отдавать нужный Вам ток в нагрузку при заданном резисторами R12 и R13 базовом токе) - не поможет. Надо восстановить работу обратной связи по напряжению добавлением входного резистора. Номинал входного резистора выбирается из расчёта нужного коэффициента усиления всего каскада по напряжению, который будет равен отношению номиналов R16 и входного резистора. Подробнее про выбор номинала смотрите в любом справочнике инвертирующюю схему включения ОУ и её расчёт.

 Профиль  
                  
 
 Re: Трансформатор, как усилитель мощности
Сообщение08.09.2015, 15:16 
Аватара пользователя


28/01/12
112
Dmitriy40 в сообщении #1051574 писал(а):
Babeuf
Схема в первом посте неполная, нехватает входного резистора между внешним генератором синуса и отрицательным входом ОУ (вывод 2). В приведёной схеме обратная связь по напряжению (через резистор R16) оказывается разомкнутой (внешний генератор её точно пересилит и R16 фактически ни на что не влияет) и ОУ работает фактически в режиме компаратора. Выходной сигнал которого усиливается по току каскадом на транзисторах и его Вы и видите как чуть искаженный меандр (на картинке в третьем посте).
Т.е. ни умощнение источника питания, ни умощнение выходных транзисторов (кстати тоже надо проверить чтобы они были способны отдавать нужный Вам ток в нагрузку при заданном резисторами R12 и R13 базовом токе) - не поможет. Надо восстановить работу обратной связи по напряжению добавлением входного резистора. Номинал входного резистора выбирается из расчёта нужного коэффициента усиления всего каскада по напряжению, который будет равен отношению номиналов R16 и входного резистора. Подробнее про выбор номинала смотрите в любом справочнике инвертирующюю схему включения ОУ и её расчёт.

Да, очень извиняюсь. В рисунке, который выложил имеется ошибка. В самой схеме все нормально.
Правильная схема:
Изображение

 Профиль  
                  
 
 Re: Трансформатор, как усилитель мощности
Сообщение08.09.2015, 15:57 
Заслуженный участник


20/08/14
11177
Россия, Москва
Это далеко не всё, подождите, набираю кучу текста с формулами ...

-- 08.09.2015, 16:47 --

Babeuf
Про базовые резисторы.
Если Вы хотите получить на нагрузке $30$ Ом амплитуду $30$ В, то пиковый ток через нагрузку будет $1$ А. (Кстати средний ток при этом всего $0.7$ А, т.е. достаточно блока питания мощностью примерно от $25$ Вт = $70$ В полный размах питания * $0.35$ А среднего тока через оба плеча питания. Впрочем, про вольтаж блока питания как раз и будет дальше.) Чтобы выходные транзисторы отдали такой ток в нагрузку им необходимо подать базовый ток примерно $50...100$ мА (коэффициент усиления мощных транзисторов по току невелик на больших токах, впрочем про ваши транзисторы проверьте расчёт сами). При $30$ В на эмиттере и токе база-эмиттер $50$ мА на плюсовом выводе питания должно быть напряжение не менее $30 \text{В} + 0.7 \text{В (падение база-эмиттер)} + 50 \text{мА} \cdot 2.1 \text{кОм} = 135.7$ В. :shock: Это очень много! Во первых найти ОУ с диапазоном питания в $\pm136$ В нереально. Во вторых, с таким напряжением при среднем токе $0.35$ А ($0.7$ А в течении полпериода) на каждом из транзисторов будет рассеиваться мощность $(135.7 \text{В} - 21 \text{В (эффективные на нагрузке)}) \cdot 0.35 \text{А} = 40$ Вт непрерывно! И блок питания должен выдавать напряжение в $\pm136$ В со средним током $0.35$ А, что приводит к мощности блока питания в $95$ Вт минимум. При том, что на нагрузке выделяется всего лишь $15$ Вт, остальное уходит в разогрев выходных транзисторов, ОУ и резисторов. :facepalm:

Выход: ставить ещё один каскад усиления по току на транзисторах, например заменить выходные транзисторы на схему Дарлингтона (а лучше Шиклаи - смотри там же). И блок питания взять на $\pm35$ В.
Резисторы $R12$ и $R13$ тогда считаются так: при напряжении на базе первого транзистора в паре Дарлингтона в $32$ В ($30$ В выходные плюс два p-n перехода по $0.7$ В) нужно выдать ток в $1$ мА (первый транзистор в паре обычно ставится маломощным и с большим коэффициентов усиления по току, в результате общий коэффициент усиления пары оказывается более $1000$ раз) с падением не более $3$ В ($35$ В питания - $32$ В на базе транзистора), как раз порядка $2$ кОм и подходит.
Ток выхода ОУ в $\frac{35 \text{В} + 30 \text{В} + 0.7 \text{В}}{2 \text{кОм}} = 31$ мА тоже для многих ОУ вполне допустим, хотя и великоват.
А вот напряжение питания ОУ в $\pm34$ В - всё так же нереально! Обычные ОУ допускают применение лишь до $35$ В полного размаха напряжения питания, или до $\pm17$ В при двухполярном питании. А Вы хотите подать ему $\pm34$ В ... Сгорит, как есть сгорит! :mrgreen:

Т.е. в данной схеме размах $\pm30$ В на выходе вообще не получить! Вне зависимости от нагрузки, блока питания, выходных транзисторов - просто потому что сгорит ОУ.

Нужен каскад усиления по напряжению между выходом ОУ и базой составного транзистора. И питать ОУ от более низкого напряжения (до $\pm17$ В). Как его правильно сделать я честно говоря запутался, похоже достаточно заменить $R12$$R13$) на транзисторы, включенные эмиттером к напряжению питания, а коллектором к базе составного транзистора, с резисторным делителем в базе, возможно впослед со стабилитроном (вместо диода) вольт на 20. В общем с этим что-то советовать воздержусь.

-- 08.09.2015, 16:48 --

Babeuf
И скажите всё же величину напряжения с блока питания?

-- 08.09.2015, 16:55 --

Babeuf
Можно было бы взять источник питания на $\pm17$ В (или 12 или 15), запитать всё от него, поставить составные транзисторы на ток в $2 (3)$ А - и на выход трансформатор, который повысит напряжение на нагрузке до $30$ В с пропорциональным уменьшением тока (коэффициент трансформации около 1:2). Как посчитать параметры трансформатора я к сожалению не уверен. И с трансформатором придётся обратную связь заводить не с выхода трансформатора и нагрузки, а со входа - т.е. пострадает точность формирования синусойды, как мне кажется.

 Профиль  
                  
 
 Re: Трансформатор, как усилитель мощности
Сообщение08.09.2015, 17:00 
Заслуженный участник


20/08/14
11177
Россия, Москва
Dmitriy40 в сообщении #1051587 писал(а):
похоже достаточно
Ан нет, недостаточно, это добавит ещё одну инверсию в сигнал и обратная связь перестанет работать вообще.
Не знаю короче, проще поискать готовые схемы усилителей, например мощных звуковой частоты, в них часто питают выходные каскады повышенным напряжением - вот аналогично и тут сделать. Только все RC/LC/RLC цепочки пересчитать, транзисторы и ОУ поставить ВЧ, ну и т.д.

 Профиль  
                  
 
 Re: Трансформатор, как усилитель мощности
Сообщение08.09.2015, 17:34 
Заслуженный участник


07/07/09
5408
Вобще-то схема работает
Babeuf в сообщении #1051521 писал(а):
Сейчас у меня только при 100 омах нормально работает, то есть выходная мощность всего 3 Вт. Мощность рассчитываю по формуле:
$P=\frac {{U_\out}^2} {R_\H}$
Где ${R_\H}$ — сопротивление нагрузки.
А можно как-то улучшить мою схему, чтобы выходная мощность возросла?

Схема обычная, непонятно почему срезаются верхушки при меньшем сопротивлении нагрузки.

 Профиль  
                  
 
 Re: Трансформатор, как усилитель мощности
Сообщение08.09.2015, 18:15 
Заслуженный участник


20/08/14
11177
Россия, Москва
Xey в сообщении #1051624 писал(а):
непонятно почему срезаются верхушки при меньшем сопротивлении нагрузки.
Базового тока (через R12/13) выходного транзистора не хватает для получения коллекторного тока чтобы выдать нужное напряжение на нагрузке.
А уменьшить номинал резисторов - ОУ не потянет.

Babeuf
Оказывается есть ОУ с питанием даже до 100В ($\pm50$В): OPA454 за ~600р. При питании до $\pm35$В пойдут так же и OPA544, OPA541, OPA445. Вот любой из них поставить, добавить пару обычных транзисторов между ОУ и выходными (по схеме Дарлингтона или Шиклая) и думаю будет работать. В схеме Дарлингтона надо будет диоды удвоить, не 1+1 ставить, в 2+2 последовательно (это уменьшает искажения синусойды при переходе через 0). Резисторы R12/13 при этом я бы увеличил до 10 кОм, пусть ОУ будет легче.

-- 08.09.2015, 19:11 --

ОУ TL071 работает максимум до $\pm15$В, т.е. схема ни при каких условиях не выдаст $\pm30$В на нагрузке. Более того, даже на малую нагрузку ОУ выдаёт по документации $\pm13.5$В, а на нагрузку $2$кОм как в схеме - всего лишь $\pm10$В. Вот столько максимум и можно получить на нагрузке если транзисторы смогут выдать необходимый ток.
Сама схема-то конечно рабочая, кто же спорит, только параметры у неё сильно хуже желаемых автором.
И для получения $\pm30$В при пиковом 1А требуется замена ОУ на высоковольтный и транзисторов на составные (они бывают и в одном корпусе сразу Дарлингтоновская пара).

 Профиль  
                  
 
 Re: Трансформатор, как усилитель мощности
Сообщение08.09.2015, 20:21 
Аватара пользователя


08/08/14

991
Москва
Зачем лепит на транзисторах когда есть мощные оперусилители.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 27 ]  На страницу 1, 2  След.

Модераторы: photon, profrotter, Парджеттер, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group