Курсовые / ЭТМО / zemlakov / Текст Земляков

Московский Институт Электронной Техники (Технический университет)

Курсовой проект по курсу Радиоэлектроника

Тема проекта: Расчет усилителя мощности низких частот на транзисторах и операционном усилителе

Студент группы АиЭМ-41: Земляков Д.

Проверил: Кузнецов С.Н.

Москва 2002

Задание к курсовому проекту:

Выходная мощность, Вт: 2

Сопротивление нагрузки, Ом: 4

Входное сопротивление, кОм: 10

Входное напряжение, мВ: 8

Диапазон частот, Гц: 100÷20000

Диапазон температур, С: -10÷+50

Частотные искажения, Дб не более 3

Расчет усилителя мощности

При проектировании выходного каскада УМ приходится рассматривать следующие специфические задачи:

• Энергетический расчет - обеспечение заданных величин амплитуд напряжения и тока

• Выбор тока покоя выходных транзисторов

• Отвод тепла от мощных транзисторов - расчет радиатора

• Обеспечение частотных и переходных характеристик в условиях устойчивости УМ, при больших сигналах

Энергетический расчет режима выходного каскада и выбор транзисторов

Необходимая амплитуда синусоидального напряжения при заданных сопротивлениях нагрузки R_н и мощности P_н на выходе УМ

Амплитуда тока

.

В зависимости от Uмн выбираем напряжение питания Uп

U_п= 6 В

Таким образом, максимальный ток, потребляемый УМ равен

I_п= 318 мА

Мощность, рассеиваемая на каждом транзисторе при максимальной отдаваемой мощности

Выбор транзисторов выходного каскада VT5, VT6 производится с учетом следующих условий:

,

.

Этим условиям удовлетворяют транзисторы KT815А и КТ814А.

Параметры этих транзисторов:

h₂₁э=40

Тп max=129C

Pк mах=10 Вт

Iк max=1.5 А

Rпк=10.4 C/Вт

Коэффициент усиления напряжения выходного каскада зависит от тока эмиттера транзисторов VT5 и VT6.

Для учета температурной нестабильности следует выбрать рабочее значение тока покоя с запасом в 2-3 раза больше.

Сопротивления обратной связи по току принимаем равными

.

Расчет предконечного каскада на транзисторах

В первую очередь выберем подходящую микросхему операционного усилителя.

V>2*3.14*fвUm=6.3*20000*4=0.504 В/мкс

f1оу>fв*Кос=20000* 500 =10МГц

Подойдет микросхема 574УД1Б со следующими параметрами:

Напряжение питания U=12B;

Коэффициент усиления К=50В\мВ;

Частота единичного усиления f₁ = 10МГц;

Скорость нарастания выходного напряжения V_{u вых} = 50В/мксек;

Максимальное выходное напряжение U_{вых.мах} = 10В;

Возьмем U_{м.вых.ОУ}=9 В на случай возможного колебания питания.

Коэффициент усиления напряжения всего выходного каскада равен

.

R₁₀ = h_21э5min * R_н = 404 =160 Ом

Отсюда определяется сопротивление R9:

.

Сопротивление резисторов R11 и R12 рассчитываем так, чтобы ток через них при максимальном сигнале не превышал 10-20% от амплитуды тока базы выходных транзисторов.

Транзисторы предконечного каскада VT3 и VT4 должны удовлетворять условиям:

Этим условиям удовлетворяют транзисторы VT4 – КТ502В (р-п-р); VT3 – КТ503В(п-р-п)

h_{21э min} = 40;

P_{к max} = 0,35 Вт

I_{к max} = 0.15А

Umax кб=60В

Umax кэ=40В

T_{n max} = 125^oC;

T_к = 25 ^оC

Схема обеспечения режима покоя и его стабилизация

Требования к транзистору VT2 минимальны, подойдет транзистор

КТ302А ­‑ кремниевый маломощный транзистор n-p-n структуры.

Режим работы и выбор полевого транзистора VT1 определяется тем, что ток стока должен с некоторым запасом обеспечивать амплитудные значения тока базы транзистора VT4 в режиме отдачи максимальной мощности:

Напряжение Uсз на VT1 может достигать величины

С некоторым запасом следует принять

Средняя рассеиваемая мощность равна

Выбираем полевой транзистор с минимальным начальным током, удовлетворяющим вышеуказанным условиям с учетом

P_к(T_{c мах})P_p1

Это транзистор КП329Б. У этого транзистора:

P_max = 0,25 Вт

U_зс=40В

I_сн=5мА

Сопротивление автосмещения и стабилизации

Ток делителя R5 и R6 принимаем

Расчет элементов в цепях ОУ

Резистор R3 определяет входное сопротивление усилителя. R₃=10 МОм

Сопротивление R2 принимаем равным R3 из условия минимума смещения нуля. Отношение сопротивления резисторов R2/R1 задает коэффициент усиления.

K_ос=U_мн/e_г= 4/0.008=500 K_ос=1+R₂/R₁

Откуда по заданному коэффициенту и известному R2 находим R1.

R₁=20 кОм

Е мкости конденсаторов C1 и C2 определяют нижнюю граничную частоту усилителя.

=2f_н

С3=С4=47 нФ

Расчет радиатора для мощных транзисторов:

1. Исходные данные:

P_k=10 Вт

R_пк=10.4 К/Вт

T_{п max}=402 K

S_k=0.8 см²

T_{c max}=323K

=1.5710^-4 м²_/ c

g=9.8 м/c²

R=1/273

2. Рекомендуемые габаритные постоянные радиатора:

L=h=6 см

d=4 мм

=2.5 мм

3. Тепловое сопротивление корпус-радиатор:

4. Средний перегрев радиатора:

5. Оптимизированное расстояние между ребрами:

6. Расчетное тепловое сопротивление :

7. Поверхность радиатора:

8. Число ребер:

9. Габаритные размеры радиатора:

Список используемой литературы

1. Титце У.,Шенк К. Полупроводниковоя схемотехника М, Мир, 1982 г.

2. Кустов В.А. Методические указания по курсовому проектированию по радиоэлектронике М, МИЭТ, 1987 г.

6