Курсовые / Усилители / Усилители НЧ / усилитель мощности НЧ на основе ОУ / курсач+

Порядок расчёта.

Амплитуда напряжения и действующее (эфф.) значение на нагрузке

Амплитуда тока выходных транзисторов и нагрузки

Минимальная величина среднего тока, потребляемого от источника питания в каждом плече в режиме заданной выходной мощности

.

Максимальное напряжение питания

Следовательно, источник питания имеет относительно земли два плеча:

,

Мощность рассеяния на каждом из транзисторов VT4 и VT8 в выходном каскаде при полной заданной мощности в нагрузке

Для выходных транзисторов VT4 и VT8

Просматривая в справочнике эксплуатационные данные мощных транзисторов, видим что нашим предельным значениям могут удовлетворять лишь транзисторы КТ816 - КТ817.

Выписываем остальные важные для нас параметры:

- мощность рассеяния коллектором с радиатором;

- максимально-допустимая температура перехода.

тепловое сопротивление переход - корпус (радиатор)

Эти параметры используются при расчёте радиатора (теплооотвода).

Итак, для выходного каскада выбраны КТ816В в качестве VT4 и КТ817В - VТ8.

Далее оцениваем их начальный ток коллектора (эмиттера) с учетом (3.14):

. Выбираем с запасом .

По (3.15) находим величину резистора в эмиттере VT4 (VT8)

принимаем .

Максимальная расчетная мощность резисторов

Выбор транзисторов VT3 (VT4) - зеркальных относительно VT7(VT8) некритичен, так как они используются в диодном включении. Подойдут транзисторы с допустимым током эмиттера в (3 - 5) раз меньшим, чем у транзисторов VT4 (VT8), с минимальным рабочим напряжением (и стоимостью соответственно). Принимаем VT3 - КТ816А, VT7— КТ817А. Мощность рассеяния на этих транзисторах невелика, так как, выделяется тепло только на эмиттерном переходе

Хотя такую мощность большинства из мощных транзисторов мо­жет рассеивать без радиатора, транзисторы V3 (V7) нужно размещать на радиаторе (используя изолирующую прокладку) вблизи транзисторов V4 (VT8) из условий оптимальной работы токового зеркала VT3, VT4 и VT7, VT8 по температуре.

Для резистора R3 = R7 получим

Рекомендуется выбирать в статике коэффициент зеркала К3 =. Чем он меньше, тем стабильнее зеркало, но тем хуже коэффициент передачи. Для R3 (и R7) оценка:

Принимаем 12 Ом ± 5%. Максимальная мощность этого резистора рас­считывается после нахождения амплитуды тока эмиттера VT3 (VT7) при больших сигналах (динамика)

Амплитуда тока транзистора VT2 (и VT6) равна:

Мощность рассеяния транзисторов VT2 (VT6) оценивается по:

Рассчитаем сопротивление резистора R2 = R6.

Для этого следует задаться амплитудой напряжения U_moy, которая сни­мается с выхода ОУ. Ограничиваем (с целью улучшения динамики ОУ) эту амплитуду U_moy не более 46 В. Универсальные ОУ имеют макси­мум U_mвых по крайней мере с двойным запасом (1012 В). Оцениваем последовательно: амплитуду возбуждения баз выходных транзисторов VT4 (VT8)

Задаваясь амплитудой выходного напряжения умощнителя U_mвыхоу = 5В, оценим необходимые рабочие точки транзисторов VT2 и VT1. Находим амплитуду тока базы VT2

Находим величину резистора RI (R5) из соображений обеспечения ам­плитуды при закрывании VT1 максимальной амплитудой U_mвыхоу

С некоторым запасом (VT1 не должен закрываться до нуля) принимаем R1 = R5 =3 кОм ± 5%. Мощность резистора. Берется резистор 1 Вт. Теперь можем найти ток покоя транзистора VT1

В статике этот ток должен задавать принятый нами ток. Следовательно, коэффициент передачи первого зеркала

,

что и должно быть при выбранной схеме зеркала (с эмиттерными резисторами R2 (R6)). Сопротивление резистора,

Принимаем R2 = R6 = 1,75 Ом ± 5%; 0,125 Вт.

Уточняем необходимую амплитуду напряжения на входе умощнителя U_mBx1

,

что вполне согласуется с оговоренной величиной выходного на­пряжения ОУ (1012 В). Сопротивление резистора R9 = 1 Ом является стандартной величиной, применяемой в RC - цепочке (R9\C5) коррек­ции усилителя методом «грубой силы». Этот резистор (R9<<Rн) допол­нительно нагружает выход умощнителя на нерабочих (f>>F_в) высоких частотах, предотвращая возможность достижения критической величи­ны усиления, достаточной для возбуждения автоколебаний за полосой пропускания на ВЧ. С этой же целью емкость конденсатора С5 выбрана малой (0,11 мкФ) так что в рабочей полосе частот R9 еще не нагружает усилитель; нет снижения кпд и повышения потребления тока на верхних частотах.

Теперь можно рассчитать мощность рассеяния на коллекторе транзистора VT2 (VT6)

Итак, к транзисторам VT2 (VT6) предъявлены требования:

Таким условиям в рекомендованной группе отвечают транзисторы КТ815Б(VТ2), КТ814Б(VТ6). Транзисторы входного каскада умощнителя VT1 (VT5) работают в очень облегченном режиме: KT814A (VT1) и КТ815A (VT5). VT1 и VT2, как и VT5 с VT6, должны иметь хороший тепловой контакт (крепеж на общем радиаторе попарно).

Цепь главной обратной отрицательной связи

R11=R_вх

Выбор типа операционного усилителя.

Требования к ОУ:

Высокий собственный коэффициент усиления .

Малые входные токи.

Малое напряжение сдвига (приведенное ко входу) < 1015 мВ.

Высокая граничная частота (Желательно для примененных транзисторов).

Достаточно высокая максимальная скорость нарастания U_выхоу .

Малые нелинейные искажения (высокая линейность).

Возьмем ОУ ОРА627АМ

- перекос входной дифпары ОУ

- разность входных токов ОУ

- входной ток ОУ

- коэффициент усиления по напряжению

- частота единичного усиления ()

- скорость изменения U_выхОУ

- ток покоя ОУ.

Максимальный ожидаемый сдвиг нуля находим по формуле

R13=0

, перекоса нет, плечи одинаковы.

По этому параметру имеется большой запас, так как от ОУ требуется всего лишь

Частота единичного усиления ОУ определяет усиление на верхней рабочей частоте

На средних и низких частотах Кг падает до неизмеримо малых значений.

Упрощенный расчет радиатора.

Из расчета выходного каскада нам известна выделяемая на транзи­сторах суммарная мощность Р_р = 5,485 Вт, на каждом из выходных транзисторов мощность рассеяния . Группируем тепловые

параметры для выбранных транзисторов (КТ816 - КТ817) и универ­сальные постоянные для теплового расчета:

площадь теплового контакта корпус транзистора - радиатор S_K = 1,4 см²

тепловое сопротивление переход - корпус R_пк =5К/Вт

макс. допустимая температура перехода Т_пmax 423К (+150°С)

макс. температура среды (внутри блока усилителя) Т_смаx333К (+60°С)

коэффициент вязкости воздуха

ускорение свободного падения g =9,8м/сек²

объемный коэффициент расширения воздуха R = 1/273.

5