2 Расчет оконечного каскада усиления, работающего в классе в

2.1 Выбор транзисторов оконечного каскада усиления

Выбирается двухполярный источник питания, в котором .

Определение напряжения источника питания, :

,

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

По конструктивному решению полученное значение округляется до в соответствии с рекомендациями [1], чтобы обеспечить работу операционного усилителя К140УДА.

Определение максимального напряжения на закрытом транзисторе, :

,

Где - коэффициент запаса по напряжению.

Определение максимально возможного тока в силовой цепи выходного транзистора, :

,

Где - коэффициент запаса по току.

Определение максимального значения мощности, рассеиваемой на коллектора выходного транзистора, :

Условия выбора транзисторов:

Таким образом, выбираются комплиментарные пары транзисторов КТ814А (p-n-p) - КТ815А (n-p-n), поскольку энергетическая составляющая транзисторов в этом случае минимальна.

Паспортные данные данных транзисторов приведены в таб. 2.1

Таблица 2.1 - Паспортные данные на транзисторы КТ814А - КТ815А

Параметры	Единицы измерения	Марки транзисторов и тип их проводимости
		КТ814А p-n-p	КТ815А n-p-n
	В	40	40
, (при	В	0,6	0,6
	В	5	5
, (при	В	1,2	1,2
	А	1,5	1,5
	А	0,5	0,5
	мА	0,05	0,05
	мА	-	-
	Вт	1	1
	-	40	40
	-	-	-
	оС/Вт	5	5
	оС/Вт	95	95
	оС	125	125
	кГц	3000	3000
	см2	0,858	0,858
М	г	1	1

2.2 Расчет площади теплоотвода и числа параллельно включаемых транзисторов

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

,

Где - 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:

,

Где - площадь, занимаемая одним транзистором, - площадь, занимаемая N транзисторами, – коэффициент теплоотдачи, зависящий от конструкции, обработки поверхности и материала теплоотвода.

Результаты расчетов приведены в таб. 2.2.1

Таблица 1 – результаты расчетов площадей радиаторов и числа параллельно включенных транзисторов

N	,см2	,см2
2	287,53	1,716
3	191,64	2,574
4	157,36	3,432
5	137,14	4,290
6	122,34	5,148
7	110,21	6,006
8	99,57	6,864
9	89,87	7,722
10	80,78	8,580
11	72,13	9,438
12	63,78	10,296
13	55,67	11,154
14	47,73	12,012
15	39,94	12,870
16	32,25	13,728
17	24,66	14,586
18	17,14	15,444
19	9,69	16,302
20	2,28	17,160

и показаны в виде графиков на рис. 2.2.1

Рисунок 2.2.1 – Графики зависимости и

По рис. 2.2.1 следует, что оптимальное число пар параллельных транзисторов . При этом площадь теплоотвода см² и каждый из параллельно включенных транзисторов будет рассеивать мощность Р 0,45Вт. Однако, так как большое количество включенных транзисторов уменьшает надежность и увеличивает стоимость разрабатываемого усилителя, целесообразно, по рекомендациям [1], принять N=4, при котором площадь радиатора =158см² и каждый из параллельно включенных транзисторов рассеивает мощность Р=2,03Вт.

Исходя из габаритных показателей, лучше всего взять вместо плоского, ребристый радиатор, площадь основания которого:

,см²

Возможны два инженерных решения по конструированию радиатора:

- размещение нескольких параллельно включаемых транзисторов на одном радиаторе;

- размещение каждого из параллельно включаемых транзисторов на отдельном радиаторе. При этом полученную площадь основания, также как и рассеиваемую мощность следует разделить на число параллельно включаемых транзисторов.

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

Определение теплового коэффициента данного радиатора, :

Вследствие того, что F_p получается отрицательным, нецелесообразно размещать все транзисторы на одном теплоотводе.

В таком случае проводится расчет, когда несколько параллельно включенных транзисторов находятся на разных радиаторах.

Тогда площадь основания определяется:

,

При этом выделяемая энергия каждого транзистора:

,Вт

Исходя из площади основания задаются размеры и толщина каждого теплоотвода:

; ;

Определение теплового коэффициента данного радиатора:

В качестве материала теплоотвода возьмем алюминий с теплопроводностью .

Определение Радиуса окружности транзистора с круглым основанием, S_T :

,м

Определение коэффициентов и :

Исходя из полученных значений и , принимается .

Определение коэффициента теплоотдачи поверхности радиатора и коэффициент :

,

По вычисленным значениям и , определяется .

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

По вычисленному значению T^o_pmax , определяется коэффициент A=1,3.

Определение коэффициентов и (для неокрашенного радиатора принимается , , ):

,

,

Определение суммарного коэффициента, :

,

Определение эффективного коэффициента теплоотдачи ребристой поверхности радиатора, :

,

Определение площади ребристой поверхности радиатора, :

,

Определение числа ребер радиатора, :

,

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

Определение высоты ребер, d­₁:

,

Определение объема теплоотвода, :

,