Курсовые / KURSOV4 / BARABIR

Московский Институт Электронной Техники (Технический университет)

Курсовой проект по курсу “Основы схемотехники”

Тема: Расчет усилителя мощности

Студент группы МП-41: Ефремов А.И.

Проверил: Гуреев А.В.

Москва 1998

Содержание:

1. Задание к курсовому проекту 3

2. Расчет усилителя мощности 4

3. Энергетический расчет режима выходного каскада и выбор транзисторов 4

4. Расчет предконечного каскада на транзисторах 6

5. Схема обеспечения режима покоя и его стабилизация

6. Расчет элементов в цепях ОУ 9

7. Расчет радиатора для мощных транзисторов 9

Задание к курсовому проекту:

Вариант №11:

Коэффициент усиления, К_и : 100

Амплитуда выходного напряжения, U_m В : 15

Сопротивление нагрузки, Ом : 8

Диапазон частот, Гц : 30 ÷ 15000

Диапазон температур, С : -20 ÷ +80С

Рассчитать выпрямитель для питания усилителя

U_сети=220 В  10% частота f_c=50 Гц

Коэффициент пульсации, P=10%

Расчет усилителя мощности

Типовая схема усилителя мощности, содержащая каскад предварительного усиления напряжения на операционном усилителе, предоконечный и выходной каскады на комплиментарных транзисторах, приведена на рисунке 1. Делитель R₁, R₂ образует цепь обратной связи, определяющей коэффициент усиления устройства К_ос .

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

А мплитуда выходного тока:

В зависимости от Uмн выбираем напряжение питания Uп

• U_п= U_мн+U_{кэ min}=U_мн+(25)В=15+3=18 В

Таким образом, максимальный ток, потребляемый УМ равен

• I_п= I_мн/ = 1.875/=0.6 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 KT817В и КТ816В.

Вот параметры этих транзисторов:

VT5 – КТ817В: n-p-n VT6 – КТ816В: p-n-p

I_{к max} = 3А I_{к max} = 3А

U_{к max}= 60В U_{к max}= 60В

P_{к max} = 25Вт P_{к max} = 25Вт

h_{21 э} = 25 h_{21 э} = 25

T_{п max} =125C T_{п max} =125C

R_пк = 5С/Вт R_пк = 5С/Вт

Т_к = 25С Т_к = 25С

Температура окружающей среды для обоих транзисторов +100С

Оценим начальный ток выходных транзисторов. 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.

I_{э min}=3.75x2.5=9.38 mA

С опротивления обратной связи по току принимаем равными:

.

Расчет предoконечного каскада на транзисторах

В первую очередь выберем подходящую микросхему операционного усилителя. Подойдет микросхема К140УД6 со следующими параметрами:

• U_пит,В =520

• U_{вых max},В =12

• I_вх,нА =100

• I_вх,мА =25

• F₁,MГц =1

• R_н,кОм =1

• R_вх,МОм =1

• I_пот,нА =3

• К_u =10³x30

Возьмем U_{м.вых.ОУ}=(0.70.8)U_{m вых max}=0.75x15=11.25В на случай возможного колебания питания.

К оэффициент усиления напряжения всего выходного каскада равен

R10=h_{21 э5 min}xR_н=25x8=200 Oм

R9=R10x3/4=270 Oм

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

Транзисторы предоконечного каскада VT3 и VT4 должны удовлетворять условиям:

Выбираем транзисторы KT604А и KT668А, удовлетворяющие вышеперечисленным условиям.

Вот параметры этих транзисторов:

VT3 – КТ604А: n-p-n VT4 – КТ668А: p-n-p

I_{к max} = 0.1А I_{к max} = 0.1А

U_{кэ max}= 250В U_{кэ max}= 50В

P_{к max} = 0.4Вт P_{к max} = 0.5Вт

h_{21 э} = 1040 h_{21 э} = 75140

T_{п max} =150C T_{п max} =150C

Т_к = 25С

Схема обеспечения режима покоя и его стабилизация

Схема обеспечения стабилизации тока покоя выходных транзисторов по температуре и питанию включает транзисторы VT1 и VT2 , а также резисторы R5, R6, R7.

Требования к транзистору VT2 минимальны, подойдет транзистор

МП37А‑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:

Н апряжение 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=12.65мВт

Это транзистор 2П333Б. У этого транзистора:

• U_о=2.5В

• I_сн=3мА

Сопротивление автосмещения и стабилизации

Ток делителя R5 и R6 принимаем

Откуда

Расчет элементов в цепях ОУ

Резистор R3 определяет входное сопротивление усилителя. R₃=50KОм

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

К_ос=1+R2/R1 R1=133Ом

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

=2f_н=157 1/c

С 3=С4=50нФ

Расчет радиатора для мощных транзисторов:

1. Исходные данные:

P_k=150 мВт

R_пк=800С/Вт

T_{п max}=85С

S_k=72.25мм²=0.72см²

T_{c max}=55С

=1.5710^-4м²_/ c

R=1/273

2. Рекомендуемые габаритные постоянные радиатора:

L=h=4см

d=2мм

=1.5 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:

B=B(N-1)+N, H=h+d, L.

Расчет стабилизатора:

Схема стабилизатора представлена на рис.2

t==1/(2f_c)=1/(250)=0.01c

=1600мкФ

С₀=1600мкФ

Для диодного моста подойдут диоды: Д237Г.

Расчет трансформатора:

Т_втор=(30x2200)/220=300Витков

I_перв=30x0.48/220=6.55x10^-2A

12