Курсовые / KURSOV4 / DMITR_RE

Московский Институт Электронной Техники (Технический университет)

Курсовой проект по курсу “Радиоэлектроника”

Тема: Расчет усилителя мощности

Студент группы МП-45: Наумов Д.О.

Проверил: Вильсон А.Л.

Москва 1997

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 7

6. Расчет элементов в цепях ОУ 9

7. Расчет радиатора для мощных транзисторов 9

Задание к курсовому проекту:

Вариант №3:

Выходная мощность, Вт: 4

Сопротивление нагрузки, Ом: 4

Входное сопротивление, кОм: 200

Входное напряжение, мВ: 10

Диапазон частот, Гц: 20÷18000

Диапазон температур, С: -20÷50

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= 9 В

Таким образом, максимальный ток, потребляемый УМ равен

• I_п= 450 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.

Вот параметры этих транзисторов:

• h21э=40

• Т_{п max}=129C

• P_к=10

• I_{к max}=1.5 А

• R_пк=10.4

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.

Сопротивления обратной связи по току принимаем равными

.

Расчет предконечного каскада на транзисторах

В первую очередь выберем подходящую микросхему операционного усилителя. Подойдет микросхема К157УД1 со следующими параметрами:

• U_пит=6..17 В

• K_D=200 В/мВ

• U_max=12 В

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:

Выбираем транзисторы KT315A и KT361A, удовлетворяющие вышеперечисленным условиям.

Вот параметры этих транзисторов:

• h21э=40

• P_к=0.15 Вт

• I_{к max}=0.05 А

Условие, являющееся критерием возможности использования транзисторов без радиатора, не выполняется, следовательно – необходимо применение радиатора.

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

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 KП307Б. У этого транзистора:

• U_о=3 В

• I_сн=15 мА

Сопротивление автосмещения и стабилизации

Ток делителя R5 и R6 принимаем

Откуда

Расчет элементов в цепях ОУ

Резистор R3 определяет входное сопротивление усилителя. R₃=100KОм

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

K_ос=U_{м вых оу}/e_г= 9/0.01=900 K_ос=1+R₂/R₁

Откуда по заданному коэффициенту и известному R2 находим R1.

R₁=220 Ом

Емкости конденсаторов C1 и C2 определяют нижнюю граничную частоту усилителя.

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:

10