Расчет оконечного каскада усиления, работающего в классе В

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Расчет оконечного каскада усиления, работающего в классе В

транзистор каскад резистор радиатор

1.1 Выбор транзисторов оконечного каскада усиления

Выбирается двухполярный источник питания, в котором.

Определение напряжения источника питания:

Uип=Uнмах0,9…0,94

Uип=180,92=19,56 В

Где Uип - максимальное значение напряжения на нагрузке, заданное по техническому заданию.

По конструктивному решению полученное значение Uип округляется до 20В в соответствии с рекомендациями, чтобы обеспечить работу операционного усилителя К140УДА. Тогда получаем:

Uкэ max = 2КзuUип = 2 х 1,2 х 20 = 48 В;

Где - коэффициент запаса по напряжению.

Iк max =Kзu Iн max = 1,2х2 = 2,2 А;

Где - коэффициент запаса по току.

Pк max = 0,3Pн max = 0,3 х 22 х 9 = 10,8 Вт

Условия выбора транзисторов:

Uкэ.доп?48 ВIк.доп?2,2 А Pк.доп ?10,8 Вт

Таким образом, выбираются комплементарные пары транзисторов КТ818В (p-n-p) - КТ818 (n-p-n), поскольку энергетическая составляющая транзисторов в этом случае минимальна.

Паспортные данные данных транзисторов приведены в таб. 1.

Таблица 1 - Паспортные данные на транзисторы КТ818В - КТ818В

1.2 Расчет площади теплоотвода и числа параллельно включаемых транзисторов

Определение области допустимых значений числа пар параллельно включаемых транзисторов, N:

10,98•98+1,670,8•125-60>N>10,81,67+98•0,598+0,50,8•125-60

27>N>1

Где N - температурное сопротивление «корпус-среда»,

- температурное сопротивление «переход-корпус»,

- температурное сопротивление «корпус-теплоотвод»,

- коэффициент загрузки по рассеиваемой мощности, - наибольшая температура окружающей среды.

Определение площади радиатора в виде плоской пластины и числа параллельно включенных транзисторов N:

QrN= 1,59N

Qr4= 1,59•4= 6,36 см2

QTN4=181,7 см²

Где Q- площадь, занимаемая одним транзистором, - площадь, занимаемая N транзисторами, - коэффициент теплоотдачи, зависящий от конструкции, обработки поверхности и материала теплоотвода. Результаты расчетов приведены в таб. 2.

Таблица 2 - результаты расчетов площадей радиаторов и числа параллельно включенных транзисторов

Оптимальное число пар параллельных транзисторов Nopt =22. При этом площадь теплоотвода QTN=34,09 см² и каждый из параллельно включенных транзисторов будет рассеивать мощность Р0,45Вт. Однако, так как большое количество включенных транзисторов уменьшает надежность и увеличивает стоимость разрабатываемого усилителя, целесообразно, по рекомендациям, принять N=4, при котором площадь радиатора =181,7 см² и каждый из параллельно включенных транзисторов рассеивает мощность Р=2,75Вт.

Далее проводится расчет, когда все транзисторы размещаются на одном радиаторе.

Определение теплового коэффициента данного радиатора:

Fp=0,8•125-6010,98-(1,67+0,5) =1,47 ч/Вт

Исходя из площади основания задаются размеры и толщина каждого теплоотвода: Н = 6 см; D = 4 см; d₂ = 3мм

Определение теплового коэффициента данного радиатора:

Fp=0,8•125-6010,98 - (1,67+ 0,5) = 1,47 ч/Вт

Определение радиуса окружности транзистора с круглым основанием, ST:

r = rэкв =4,0•1,593,14 = 1,42 см = 14,2 •10-3 м

Определение коэффициентов:

цp(г, rL0) = 2 Fpл d₂ = 2•170•1,47 • 0,003 =1,49

rL0 = 2rH₂+D₂ = 2•1,4262+42 = 0,4

Определяем критерий г по ближайшим к полученным значениям цp и rL0. В результате принимаем г ? 0,22.

Определение коэффициента теплоотдачи поверхности радиатора и коэффициент:

бэф = рлd₂г2DH-рr₂(1-r₂H₂+D₂) = 3,14•170•0,003 •0,5726•4•10-4-3,14•14,2210-6(1-5,23 210-6(42+62)10-4) = 480,8

ч = (H₂+D₂₂ - r) •бэф₂лd₂ = ((42+62)10-42 -14,2 •10-3) •480,82•170•0,003 = 0,473

По вычисленным значениям и, определяется g=0,85

Определение величины перегрева радиатора в области монтажа транзистора, средне-поверхностный перегрев радиатора и максимальную температуру теплоотвода:

?= Pк max Fp = 10,98•1,47 = 16,14

?s = ?•g = 16,14• 0,88 = 13,72

Тp max=?s+2Тс.в.2 = 13,72+2•602 = 66,9

По вычисленному значению T_opmax, определяется коэффициент A=1,3.

Определение коэффициентов и (для неокрашенного радиатора принимается):

бк = А(?sH)14 = 1,29(13,724•10-2)14 =5,6 Вт /м² град

бл = епр ?1 ?₂ = 0,3•0,8•8=1,92 Вт/м²•град

Определение суммарного коэффициента:

б = бл+ бк = 1,92+5,6=7,8 Вт/м2•град

Определение эффективного коэффициента теплоотдачи ребристой поверхности радиатора:

б эф = б эф - б =480,8 - 7,8=473 Вт /м²• град

Определение площади ребристой поверхности радиатора:

Sп =бэф*5 HD = 4735 0,04*0,06=0,227 м²

Определение числа ребер радиатора:

n = H+bc+b = 40+102+10 = 4,2

Где с=2мм - ширина ребра, b=10мм - расстояние между концом одного ребра и началом другого.

Определение высоты ребер, d₁:

d₁ = Sn- DH₂nD = 0,227- 0,06*0,042*4*0,06= 0,47м=470 мм

1.3 Расчет величин сопротивлений уравнительных резисторов

Подключение уравнительных резисторов в выходной каскад.

При конечной стыковке всего усилителя в целом и показывает расположение резисторов в выходном каскаде усилителя мощности. Так как при разработке используется комплементарные пары транзисторов, то данная схема будет такой же и у обратных транзисторов.

Определение допустимой величины отношения токов параллельно соединенных транзисторов:

л iдоп= 1+ Д Тп.доп Кз Тп.доп-Тс.в. = 1+ 90,8 •150-60= 1,15

Где Тп.доп - допустимая разница температур по паспортным данным транзисторов КТ818В (КТ819В),

Тс.в. - разброс характеристик транзистора по току силовой цепи.

Определение входного сопротивления транзистора КТ818В (КТ818В):

Rвх VT min = Uбэ насiб = 20,5 = 4 Ом

Так как коэффициент усиления не указан в паспортных данных, то он принимается:

вmax=2вmin=2•15=30

Определение максимального значения крутизны переходной характеристики:

Smax = вmaxRвх VTвх = 304 = 7,5

Определение уравнительного сопротивления:

Rэ. ур = 1Smax•л i-л iдоп л iдоп-1 = 17,5•2-1,15 1,15-1 = 0,75 Ом

Определение мощности резистора:

P э. ур = Rэ. ур •Iн2N2 = 1 •2242 = 0,25 Вт

1.4 Расчет величин термостабилизирующих резисторов выходного каскада

Определение пределов изменения для i_к закр:

4•10-3?i_кзак?64•10-3

Где i_к.закр. - сквозной ток закрытого транзистора.

Отношение обратного тока перехода коллектор-база к тепловому обратному току эмиттерного перехода.

Определение зависимости:

з=120182i_кI_к+22,2+24R_б+1

Таблица 3

2. Расчет предварительных каскадов усиления

2.1 Выбор транзисторов предварительных каскадов усиления

Определение тока нагрузки каскада предварительного усиления:

I_{к max доп}?=2,215=0,14 А

Определение входного сопротивления усилительного каскада:

R_вх=R_б(R_вхVT+R_э)N•R_б+R_вхVT+Rэ+Rн=97,2(5+1)4•97,2+5+1+9=10,47 Ом

Определение максимального значения мощности, рассеиваемой на транзисторе:

Pк max=0.3•Pн max=0,3•I2к max•Rвх=0,3•0,142•10,47=0,06 Вт.

Значение Uкэ max доп?48 В получено в предыдущих расчетах.

Условия выбора транзисторов:

Iк max доп?0,14 АRвх=11 ОмPк max=0,06 Вт

Таким образом, выбираются комплементарные пары транзисторов КТ502А (p-n-p) - КТ503А (n-p-n), поскольку энергетическая составляющая транзисторов в этом случае минимальна.

2.2 Расчет сопротивлений резисторов промежуточного каскада усиления

Исходя из предыдущих расчетов получаем, что для стыковки предварительного и выходного каскада, необходим еще один усилительный каскад.

В качестве усилителя-сумматора предварительно выбираем операционный усилитель К140УД2А, максимальное напряжение на выходе которого; минимально допустимое значение сопротивления нагрузки. Поскольку данные о внутреннем сопротивлении микросхемы отсутствуют, то для расчетов приминаем. Номинальное напряжение питания микросхемы ±12,6 В.

Определение сопротивлений резисторов промежуточного каскада усиления исходя из следующих условий:

Условие 1 - определяется достаточность входного напряжения усилительного каскада исходя из зависимости:

R_б?101,2-0,80,14-R_э-440+1=2206-R_э41 Ом

Условие 2 - определяется ограничение тока базы транзистора допустимым значением из зависимости:

R_б?10-0,8-0,14R_э+40,1•1,2=40,7-0,62R_э Ом

Условие 3 - определяется требуемое входное сопротивление каскада из зависимости:

Rб?1000-800-(Rэ+4)(1+40)=36-Rэ41 Ом

Где Rэ - входное сопротивление транзистора данного каскада усиления;

Условие 4 - определяются условия обеспечения требуемой термостабилизации из зависимости:

Rб?0,033ln910-6+Rэ+4-50=72462,4+Rэ

Условие 5 - определяется условие обеспечения требуемого тока в нагрузке из следующей функциональной зависимости:

Rэ?20-0,60,14-4=134,047 Ом

Условие 6 - определяется условие ограничение значения обратного напряжения из ограничения на максимально допустимое значение:

Rэ?51,2-0,60,14=24,047 Ом

Размещено на Allbest.ru