Курсовые / УНЧ / ИТ курсач

Московский Государственный Институт Электронной Техники

(Технический Университет)

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по курсу “Радиоэлектроника”

тема проекта:

“УНЧ на транзисторах и ОУ”

Выполнил: .

Руководитель: Кузнецов С.Н.

Москва 2005 г.

Техническое задание: разработать УНЧ, удовлетворяющий следующим требованиям:

Выходная мощность:	PH, Вт	20
Сопротивление нагрузки:	RH, Ом	4
Входное сопротивление:	RГ, кОм	20
Входное напряжение:	eГ, мВ	80
Диапазон частот:	fН/fВ, Гц	100/20000
Частотные искажения:	MН=MВ, дБ	3
Диапазон температур:	T, °C	-10...+50

Расчет усилителя мощности

Необходимая амплитуда синусоидального напряжения при заданных сопротивлении нагрузки R_H и мощности P_H на выходе УМ:

Амплитуда тока:

Напряжение питания равно:

Ток, потребляемый в режиме максимальной отдаваемой мощности:

Мощность, рассеиваемая на каждом транзисторе при максимальной отдаваемой мощности:

Выбор транзисторов выходного каскада VT7 и VT8 производится с учётом следующих условий:

U_{КЭ max} > 1,2 (U_п + | U_п | ) = 35 В;

I_{К max} > I_mн ( при U_КЭ = U_{КЭ min} ) = 3 А;

P_{К max} > P_p ( при T_{c max} = 70^oC = 343 К ) = 10 Вт;

Этим требованиям удовлетворяют следующие транзисторы:

- для VT7: КТ816Б,

- для VT8: КТ817Б,

с параметрами:

- коэффициент усиления тока в схеме ОЭ: h_21Эmin = 25;

- максимальная температура перехода: Т_{n max} = 423 K;

- I_k = 3A;

- U_kэ = 45В;

- - мощность рассеяния коллектором с радиатором;

Далее оцениваем начальный ток выходных транзисторов:

Выбирем .

Определим величину сопротивления резистора в эмиттере VT7 (VT8):

Примем .

Максимальная расчетная мощность резисторов:

Выбор транзисторов VT3 (VT7) , зеркальных относительно VT6(VT8) некритичен, так как они используются в диодном включении. Подойдут транзисторы с допустимым током эмиттера в 2-3 раза меньшим, чем у транзисторов VT7 (VT8), с минимальным рабочим напряжением. Примем VT3 - КТ816А, VT6— 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 VT3 (VT6) нужно размещать на радиаторе (используя изолирующую прокладку) вблизи транзисторов VT3 (VT8) из условий оптимальной работы токового зеркала VT3, VT7 и VT6, VT8 по температуре.

Рассчитаем сопротивление и мощность резисторов R₄, R₁₃.

Из формулы для коэффициента передачи токового зеркала

получим:

Рекомендуется выбирать коэффициент зеркала. Выберем

Примем 15Ом ± 5%. Максимальная мощность этого резистора рас­считывается после нахождения амплитуды тока эмиттера VT3 (VT6) при больших сигналах:

Определим амплитуду тока и мощность транзистора VT4 (и VT5).

Амплитуда тока транзистора VT4 (и VT5) равна:

Мощность рассеяния транзисторов VT4 (VT5) оценивается как:

.

Рассчитаем сопротивление резистора R₁₁ = R₁₂.

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.

Оценим амплитуду возбуждения баз выходных транзисторов VT7 (VT8):

Задав амплитуду выходного напряжения умощнителя U_mвыхоу = 5В, оценим необходимые рабочие точки транзисторов VT4 и VT1. Найдём амплитуду тока базы VT4:

(=40).

Определим сопротивления резисторов R₇и R₈ из условий обеспечения амплитуды при закрывании VT1 максимальной амплитудой U_{mв ых ОУ}:

С некоторым запасом (VT1 не должен закрываться до нуля) примем

R₇ = R₈ =2 кОм ± 5%. Мощность резистора.

Выберем резистор мощностью 0.125 Вт.

Теперь можем найти ток покоя транзистора VT3

В статике этот ток должен задавать принятый нами ток. Сопротивление резистора, согласно:

Примем R₁₁ = R₁₂ = 1.5 Ом ± 5%; Р=0,125 Вт.

Теперь можно рассчитать мощность рассеяния на коллекторе транзистора VT7 (VT5):

Итак, к транзисторам VT4 (VT5) предъявлены требования:

Таким условиям в рекомендованной группе отвечают транзисторы КТ814Б(VТ4), КТ815Б(VТ5).

Транзисторы входного каскада умощнителя VT1 (VT2) работают в очень облегченном режиме: KT814A (VT1) и КТ815A (VT2). VT1 и VT4, как и VT2 с VT5, должны иметь хороший тепловой контакт (крепеж на общем радиаторе попарно).

Выбор типа операционного усилителя.

ОУ должен удовлетворять следующим требованиям:

высокая частота единичного усиления ;

высокая скорость нарастания напряжения ;

низкий входной ток.

.

Ни один из имеющихся операционных усилителей не обладает такой частотой единичного усиления, следовательно, нам придётся использовать несколько ОУ. В таком случае требование по ч.ед.ус. будет следующим:

(для двух ОУ), где .

.

Чтобы обеспечить низкий входной ток выберем ОУ на полевых транзисторах.

Нам подходит ОУ К544УД2А.

Расчет параметров цепей отрицательной обратной связи

R₁=10кОм;

Сопротивления R₄ и R₆ равны соответственно R₁ и R₃. Резистор R₂ определяет входное сопротивление усилителя, которое должно быть относительно большим. Возьмем R₂ = 100 кОм.

Емкости конденсаторов С₂ и С₃ определяют нижнюю граничную частоту усилителя.

;

, где

R₁ = R₄ =10 кОм ± 5%;

R₃ = R₆ =390 кОм ± 5%.

С₃ =150 нФ ± 5%;

С₂ =15 нФ ± 5%;

Расчет радиатора

Из расчета выходного каскада нам известна выделяемая на транзи­сторах суммарная мощность Р_р = 5 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.

Выберем размеры радиатора:

L=h=4 см;

d=2 мм;

=1,5 мм.

Тепловое сопротивление корпус-радиатор:

.

Рассчитаем средний перегрев радиатора над средой:

;

Оптимизированное расстояние между ребрами:

.

Найдем величину теплового сопротивления радиатор-среда на один транзистор выходного каскада:

.

Рассчитаем полную поверхность радиатора:

.

Полная поверхность теплоотвода должна быть в 2 раза больше(2 транзистора).

Рассчитаем число секций радиатора:

.

Общее число секций N=2.

Полная длина радиатора:

Список литературы

1. Методические указания к курсовому проектированию по радиоэлектронике. Под редакцией В.А.Кустова, - М.: Изд. МИЭТ, 1987г.

2. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. У.Титце, К.Шенк,

Пер. с нем. – М.: Мир, 1983г.