ООО фирма "Геотелеком" Техническая поддержка 24DX - ООО фирма "Геотелеком". Профессиональная и любительская радиосвязь.
Форумчанам - скидка! т. 8 (391) 206-0-206
Частоты репитера R5 Слушать: 145.725
Говорить: 145.125
(shift -600)
Частоты Автогорода VHF: Слушать: 158.125, Говорить: 159.825 (shift +1700) тон. 88.5
UHF: Слушать: 446.675, Говорить: 442.675 (shift -4000) тон. 88.5
CB: Слушать и говорить: 35-40FM

Усилитель на IRF510.

Обсуждение аппаратуры для радиосвязи.
Аватар пользователя
Сообщений: 1818
Зарегистрирован: 31 янв 2013, 10:49
Откуда: QTH locator: NO65JX # RDA KK-04
позывной: RU0AOG
CиБи позывной: Апрель
Имя: Станислав

Усилитель на IRF510.
Создано: 29 фев 2016, 10:36

Что-то зачесалось в одном месте, и снял я характеристики IRF 510:
Вложение:
IRF510.JPG

Какие-то кривые они... Перегиб в области +12...+15 В вызван, как мне кажется, нагревом транзистора.
Обмерил только один экземпляр. У других может будет немного другое.
Транз начинает открываться при напряжении на затворе +1,65 В, при этом ток стока = 1 мА.
Свое изделие изъяна не имеет.

Аватар пользователя
Сообщений: 1818
Зарегистрирован: 31 янв 2013, 10:49
Откуда: QTH locator: NO65JX # RDA KK-04
позывной: RU0AOG
CиБи позывной: Апрель
Имя: Станислав

Усилитель на IRF510.
Создано: 29 фев 2016, 10:57

Попробую посчитать усил в классе В на этом транзисторе (по аналогии с ГУ-50), может что-то и получится :)
Итак, в точке покоя примем рассеиваемую мощность порядка 1/10 от предельно допустимой.
Рмакс = 20 Вт (+25 С).
Рп = 20 Вт / 10 = 2 Вт.
Напряжение питания Uп= +12 В.
Ток покоя Iп = Рп / Uп = 2 Вт / 12 В = 0,17 А.
Напряжение смещения (по графику) Uсм = +2,15 В.

Допустим, я хочу снять с одного IRF510 около 5 Вт полезной мощности.
КПД усилителя в классе В порядка 0,6, значит подводимая мощность будет равна примерно Pо = 5 Вт / 0,6 = 8,5 Вт.

Для класса В известны коэффициенты разложения а0=0,319, а1=0,50, а2 = 0,21, а3 = 0.
Постоянная составляющая тока стока Iст0 = Ро / Uп = 8,5 Вт / 12 В = 0,710 А.
А импульс тока стока Iст.макс = 3,14*Iст0 = 3,14 * 0,710 = 2,23 А.

Остаточное напряжение на стоке примем по сгибу характеристики Uст.мин = +3 В.
Напряжение на затворе при Iст.макс = 2,23 А и напряжении стока Uст.мин = +3 В будет Uсм.макс = +2,9 В.

Амплитуда переменного напряжения на стоке Uст.m = Uп - Uст.мин = 12 - 3 = 9 В.
Амплитуда напряжения возбуждения Uвх = Uсм.макс - Uсм = 2,9 - 2,15 = 0,75 В.
Амплитуда первой гармоники тока стока Iст1 = а1*Iст.макс = 0,5*2,23 = 1,12 А.
Мощность, отдаваемая транзистором Рг = а1*Uст.m*Iст1 = 0,5*9В*1,12А = 5 Вт.

Мощность, рассеиваемая транзистором Ртр = Ро - Рг = 8,5 - 5 = 3,5 Вт.
Сопротивление нагрузки в цепи стока Rст = Uст.m/Iст1 = 9В / 1,12А = 8 Ом.

Эффективное напряжения возбуждения Uвх.э = Uвх/корень(2) = 0,75/1,414 = 0,53 В.

КПД = Рг / Ро = 5 Вт / 8,5 Вт = 59 %.
Последний раз редактировалось ru0aog 01 мар 2016, 17:54, всего редактировалось 6 раз(а).
Свое изделие изъяна не имеет.

Аватар пользователя
Сообщений: 1818
Зарегистрирован: 31 янв 2013, 10:49
Откуда: QTH locator: NO65JX # RDA KK-04
позывной: RU0AOG
CиБи позывной: Апрель
Имя: Станислав

Усилитель на IRF510.
Создано: 29 фев 2016, 11:38

Примерная схема будет вот такая:
Вложение:
AMP_5W.JPG


Синим показаны внутренние ёмкости транзистора и сопротивление нагрузки П-контура.
Попробуем рассчитать остальные элементы для частоты 3,5...3,7 МГц.

Входной делитель напряжения считал просто как для двух резисторов, задавшись R1 = 1 кОм и Uсм = 2,15 В:
R2 = (R1 * U2) / (U - U2) = (1 кОм * 2,15 В) / (5 В - 2,15 В) = 0,754 кОм.
Принимаем ориентировочно R2 = 750 Ом.
В дальнейшем, соотношение резисторов можно подобрать точнее для получения тока покоя 170 мА (его мы приняли выше, по расчётам).

Прикинем параметры дросселя.
Допустим, его реактивное сопротивление на рабочей частоте должно быть в 100 раз больше сопротивления нагрузки П-контура.
Rдр = 100 * 8 Ом = 800 Ом.

XL = 2*Пи*F*L, отсюда
L = XL / 2*Пи*F
Для частоты 3,5 МГц:
L = 800 Ом / 2*3,14*3500000 Гц = 3,64e-5 Гн = 36 мкГн.

Если наматывать дроссель на любом сердечнике, то протекающий через дроссель постоянный ток подмагнитит сердечник и резко снизит его индуктивность. Так что если мотаем на кольце, то лучше намотать витков побольше :)
Также не следует забывать, что дроссель должен пропускать импульсный ток порядка 2,5 А и иметь при этом сопротивление как минимум в 10 раз меньше сопротивления нагрузки П-контура, т.е. 8 Ом / 10 = 0,8 Ом.

Считаем П-контур:

Вложение:
П-контур.JPG


За вычетом внутренней ёмкости транзистора, получается С1 = 6743 - 160 = 6583 пФ, С2 = 3410 пФ, L1 = 0,71 мкГн.
Свое изделие изъяна не имеет.

Аватар пользователя
Сообщений: 1818
Зарегистрирован: 31 янв 2013, 10:49
Откуда: QTH locator: NO65JX # RDA KK-04
позывной: RU0AOG
CиБи позывной: Апрель
Имя: Станислав

Re: Усилитель на IRF510.
Создано: 29 фев 2016, 14:48

Построил нагрузочную прямую.
Это график того, как будут изменяться напряжения и токи в цепи стока:

Вложение:
Расчёт_01.JPG


Чтобы пояснить, как оно работает, надо немного углубиться в простейшую теорию.
Транзистор можно представить как регулирующий элемент:
Если на входе транзистора (на затворе) напряжение меньше некоторого порога, то транзистор находится в области отсечки - сопротивление (сток-исток) его велико, ток через транзистор не течёт.
Чем больше напряжение на входе (на затворе), тем больше транзистор "открывается", т.е. уменьшает своё сопротивление. Через транзистор (и нагрузку) начинает течь ток.

В нашем случае нагрузкой являются:
- дроссель, который имеет определённое сопротивление для переменного тока, и почти нулевое - для постоянного.
- П-контур со своей полезной нагрузкой в 50 Ом.

Уточняю расчёты.
Сначала определим режим по постоянному току - строим крестик в правом нижнем углу диаграммы.
Это наша точка покоя U = 12 В (падением напряжения постоянного тока на дросселе пренебрегаем), I = 170 мА.
Этот ток (170 мА) будет течь всегда - и в режиме молчания, и когда мы усиливаем сигнал.

Теперь определимся с переменным током - рисуем крестик в левом верхнем углу (U = 3 В, I = 2230 мА). Это пиковая точка усиления.
Как её вычислили?

Когда переменный ток протекает через нагрузку, она оказывает току некоторое сопротивление. Какое именно - нам предстоит выяснить.
А раз есть сопротивление нагрузки, то есть и падение напряжения на ней. Значит, напряжение на стоке транзистора уже не будет равно исходному (12 В).

Теперь вопрос - до какого уровня мы можем позволить опуститься напряжению стока?
Если мы опустим его почти до нуля, то попадём в область насыщения, остаточное напряжение сток-исток станет слишком малым, и транзистор может закрыться на пике сигнала.
Если оставить на стоке слишком много, то упадёт КПД.

Практически остаточное напряжение выбирают примерно на середине сгиба характеристики. При токе 2230 мА и смещении затвора +2,9 В это напряжение равно 3 В. Строим точку.

Соединяем эти точки жирной синей линией - это нагрузочная прямая, по которой туда-сюда будет бегать наша рабочая точка.
Последний раз редактировалось ru0aog 29 фев 2016, 15:10, всего редактировалось 1 раз.
Свое изделие изъяна не имеет.

Аватар пользователя
Сообщений: 1818
Зарегистрирован: 31 янв 2013, 10:49
Откуда: QTH locator: NO65JX # RDA KK-04
позывной: RU0AOG
CиБи позывной: Апрель
Имя: Станислав

Re: Усилитель на IRF510.
Создано: 29 фев 2016, 14:53

Перпендикулярно нагрузочной прямой рисуем полуволну сигнала, который подаётся на затвор транзистора.
Он должен изменяться от +2,15 до +2,90 В (это определяется по кривым характеристик).
При этом напряжение будет изменяться от +12 В, когда входной сигнал близок к нулю, до +9 В, когда входной сигнал максимален.
В то же время меняется ток стока - от 170 мА когда входной сигнал близок к нулю, до 2230 мА, когда входной сигнал максимален.

В общем, чувствую, надо рисовать ещё одну GIF-ку :D
Свое изделие изъяна не имеет.

Аватар пользователя
Сообщений: 1818
Зарегистрирован: 31 янв 2013, 10:49
Откуда: QTH locator: NO65JX # RDA KK-04
позывной: RU0AOG
CиБи позывной: Апрель
Имя: Станислав

Re: Усилитель на IRF510.
Создано: 29 фев 2016, 15:09

Итак, на выходе (на стоке) мы получили сигнал в виде полуволн тока и напряжения.
Половина волны соответствует 90 градусам отсечки (режим В).
Это сложный сигнал, который включает в себя постоянный ток (коэффициент а0), основную гармонику сигнала (а1), вторую гармонику (а2). Остальными гармониками можно пренебречь - их составляющая доля мала.
Коэффициенты а0,а1,а2,а3 и т.д. образуют ряд Фурье и уже вычислены академиком Бергом в 1930-ых годах. Для нашего случая а0=0,319, а1=0,50, а2 = 0,21, а3 = 0.
Поэтому, зная ток полного импульса = 2230 мА, можно вычислить в нём долю первой гармоники = 2230 * а1 = 2230 * 0,5 = 1115 мА.

Теперь зная изменения тока (от 170 мА до 1115 мА) и напряжения (от 12 до 3 В) можно по закону Ома вычислить навыгоднейшее сопротивление нагрузки:
R = dU / dI = (12 В - 3 В) / (1115 мА - 170 мА) = 9 В / 945 мА = 9,5 Ом.
Свое изделие изъяна не имеет.

Аватар пользователя
Сообщений: 2676
Зарегистрирован: 13 мар 2013, 21:09
Откуда: Железногорск
позывной: RØAEK
Имя: Саша

Re: Усилитель на IRF510.
Создано: 29 фев 2016, 20:21

:good:
© В электронике чудес не бывает - это наука о контактах, если чего то не работает, значит где то нет контакта, либо он есть там, где его не должно быть...

Аватар пользователя
Сообщений: 1818
Зарегистрирован: 31 янв 2013, 10:49
Откуда: QTH locator: NO65JX # RDA KK-04
позывной: RU0AOG
CиБи позывной: Апрель
Имя: Станислав

Re: Усилитель на IRF510.
Создано: 01 мар 2016, 13:05

Нарисовал первую анимашку (если не работает, то открывать в отдельном окне) на реальных характеристиках IRF510.
Режим А:
Вложение:
Режим А.gif

Это график зависимости тока стока от напряжения на затворе IRF510 при напряжении сток-исток = +12 В.
Горизонтальная ось - напряжение на затворе.
Вертикальная ось - ток стока.
Синяя кривая и есть характеристика. Она устанавливает взаимосвязь между напряжением затвора Uз и током стока Iс.
При малых значениях напряжения Uз характеристика теряет прямолинейность. Следовательно, если мы желаем получить на выходе неискажённый усиленный сигнал, то нужно использовать линейную часть характеристики.
Для этого нужно задать так называемую точку покоя.

Мы рассматриваем режим А, т.е. усиление производится на всей протяжённости периода синусоиды, без отсечки (об этом поговорим потом). Другими словами, усиливаются и положительная и отрицательная полуволны сигнала целиком.
Поэтому мы должны выбрать точку покоя так, чтобы не возникало ограничений + и - полуволн.
Очевидно, что эта точка будет лежать где-то посередине линейной части характеристики.
Точка покоя задаётся напряжением смещения Uсм.
Если мы подадим Uсм = +2,6 В, то установится точка покоя с током, равным Iп = 1,45 А. Этот ток называется током покоя. Он будет протекать при отсутствии сигнала.

Теперь мы подаём входной сигнал (зелёный) амплитудой Uз.m = +/- 0,4 В на затвор. Он складывается с напряжением смещения Uсм и, в результате, на затворе действует напряжение, изменяющееся от 2,6-0,4 = +2,2 В до 2,6+0,4 = +3,0 В.

Изменение напряжение затвора вызывает изменение тока стока (красный).
И этот ток меняет своё значение от 0,23 до 2,70 А.
Амплитуда тока стока Iс.m = 1,25 А.

Теперь посмотрим, как будет выглядеть нагрузочная прямая на графике стоковых характеристик,
если напряжение стока будет постоянно и равно +12 В:
Вложение:
Расчёт_02.JPG

Итак, ток стока меняется от 0,23 до 2,70 А, но напряжение не меняется (нагрузки нет), а следовательно нет и полезной мощности - она вся рассеивается внутри транзистора.

Теперь надо определить сопротивление нагрузки.
Зададимся остаточным напряжением на стоке Uс.мин = +4 В.
Строим нагрузочную прямую:
Вложение:
Расчёт_03.JPG

Оптимальная нагрузка определяется углом наклона этой прямой.
Амплитуда напряжения на стоке Uс.m = 20 В - 12 В = 8 В.
Амплитуда первой гармоники тока стока Iс1 = 2700 мА - 230 мА / 2 = 1,235 А.
Нагрузка Rэ = Uс.m / Iс1 = 8 В / 1,235 А = 6,47 Ом.
Тут надо отметить, что в данном расчёте полагается, что нагрузка имеет индуктивный характер (например - трансформатор), т.е. её активное сопротивление R = 0 Ом, а реактивное XL = 6,47 Ом.
Этим же объясняется мгновенное напряжение на стоке, превышающее напряжение питания.

Полезная мощность Р = 0,5 * Iс1 * Uс.m = 0,5 * 1,235 А * 8 В = 4,9 Вт.
или Р = 0,5 * Iс1 ^2 * Rэ = 0,5 * 1,235^2 * 6,47 Ом = 4,9 Вт.

Подводимая мощность (для класса А она же мощность в точке покоя) Ро = Iп * Uп = 1,45 А * 12 В = 17,4 Вт.

КПД = Р / Ро = 4,9 Вт / 17,4 Вт = 28 %.
Последний раз редактировалось ru0aog 01 мар 2016, 17:13, всего редактировалось 11 раз(а).
Свое изделие изъяна не имеет.

Аватар пользователя
Сообщений: 1818
Зарегистрирован: 31 янв 2013, 10:49
Откуда: QTH locator: NO65JX # RDA KK-04
позывной: RU0AOG
CиБи позывной: Апрель
Имя: Станислав

Re: Усилитель на IRF510.
Создано: 01 мар 2016, 15:48

Режим В:
Вложение:
Режим В.gif


Теперь рассмотрим режим В.
В этом режиме угол отсечки тока стока равен 90 градусам. То есть, усиливается только одна полуволна входного сигнала.
В этом случае нет необходимости поднимать точку покоя на середину линейного участка характеристики. Достаточно установить её на начало прямолинейного участка, т.е. при Uсм = +2,2 В.

Подаём входной сигнал амплитудой Uз.m = +/- 0,8 В на затвор. Вместе с напряжением смещения на затворе действует изменяющееся напряжение в пределах от 2,2-0,8 = +1,4 В до 2,2+0,8 = +3,0 В.

Ток стока изменяется от 0 до 2,70 А, но только в течении одной (положительной) полуволны.

Также строим нагрузочную прямую, учитывая, что остаточное напряжение на стоке Uс.мин = +4 В:
Вложение:
Расчёт_04.JPG


Тут уже есть отсечка тока, поэтому применяем коэффициенты Берга: а0=0,319, а1=0,50, а2 = 0,21, а3 = 0.
Постоянная составляющая тока стока Iс0 = Iс.макс*а0 = 2700 мА * 0,319 = 0,86 А.
Подводимая к транзистору мощность Po = Iс0 * Uп = 0,86 А * 12 В = 10,3 Вт.
Амплитуда первой гармоники тока стока Iс1 = Iс.макс*а1 = 2700 мА * 0,5 = 1,35 А.
Амплитуда напряжения на стоке Uс.m = Uп - Uc.мин = 12 В - 4 В = 8 В.
Мощность, отдаваемая транзистором Р = 0,5 * Uс.m * Iс1 = 0,5 * 8 В * 1,35 А = 5,4 Вт.
Нагрузка Rэ = Uс.m / Iс1 = 8 В / 1,35 А = 5,92 Ом.

КПД = Р / Ро = 5,4 Вт / 10,3 Вт = 52 %.
Последний раз редактировалось ru0aog 01 мар 2016, 17:14, всего редактировалось 4 раз(а).
Свое изделие изъяна не имеет.

Аватар пользователя
Сообщений: 9553
Зарегистрирован: 15 ноя 2012, 17:21
позывной: RU0AB
CиБи позывной: Первый Граф Авенирыч
Имя: АвенирычЪ

Re: Усилитель на IRF510.
Создано: 01 мар 2016, 16:02

:good: :ugeek:

След.

Вернуться в Оборудование

Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 7