2. Расчет оконечного каскада усиления, работающего в классе в

2.1 Выбор транзисторов оконечного каскада усиления

Выбирается двухполярный источник питания, в котором .

Определение напряжения источника питания, :

В

Где - максимальное значение напряжения на нагрузке, заданное по техническому заданию.

По конструктивному решению полученное значение округляется до 20В в соответствии с рекомендациями [1], чтобы обеспечить работу операционного усилителя К140УДА. Тогда получаем:

U_{кэ max} = 2К_зuU_ип = 2⋅1,2 ⋅20 = 48 В;

Где - коэффициент запаса по напряжению.

I_{к max} =K_зu I_{н max} = 1,2⋅2 = 2,2 А;

Где - коэффициент запаса по току.

P_{к max} = 0,3P_{н max} = 0,3⋅I²_н R_н = 0,3⋅ 2² ⋅9 = 10,8 Вт

Условия выбора транзисторов:

Таким образом, выбираются комплементарные пары транзисторов КТ818В (p-n-p) - КТ818 (n-p-n), поскольку энергетическая составляющая транзисторов в этом случае минимальна.

Паспортные данные данных транзисторов приведены в таб. 2.1

Таблица 2.1 - Паспортные данные на транзисторы КТ818В- КТ818В

Параметры	Единица измерения	Марка транзисторов и тип их проводимости
		КТ818В(p-n-p)	КТ818В(n-p-n)
	В	60	60
(при Ik=3А; Iб=0,3А)	В	1	1
	В	5	5
(при Ik=3А; Iб=0,3А)	В	5	5
	А	10	3
	А	12	12
	мА	0,1	0,1
	мА	-	-
	Вт	60	60
βmin	-	15	15
βmax	-	-	-
Rтп.к.	/Вт	1,67	1,67
Rтк.с.		98	98
Т°п.доп		125	125
гр	кГц	3000	3000
Q1	См2	1,59	1,59
m	Г	2,5	2,5

2.2 Расчет площади теплоотвода и числа параллельно включаемых транзисторов

Определение области допустимых значений числа пар параллельно включаемых транзисторов, N:

Где - температурное сопротивление «корпус-среда»,

- температурное сопротивление «переход-корпус»,

- температурное сопротивление «корпус-теплоотвод»,

–коэффициент загрузки по рассеиваемой мощности, - наибольшая температура окружающей среды.

Определение площади радиатора в виде плоской пластины и числа параллельно включенных транзисторов N:

1,59N

1,594= 6,36 см²

см²

Где - площадь, занимаемая одним транзистором, - площадь, занимаемая N транзисторами, – коэффициент теплоотдачи, зависящий от конструкции, обработки поверхности и материала теплоотвода. Результаты расчетов приведены в таб. 2.2.1

Таблица 1 – результаты расчетов площадей радиаторов и числа параллельно включенных транзисторов.

N	,см2	,см2
2	239,6	3,18
3	201,29	4,77
4	181,732	6,36
5	166,66	7,95
6	156,83	9,54
7	147,162	11,13
8	138,20	12,72
9	129,71	14,31
10	121,56	15,9
11	113,68	17,49
12	106,199	19,08
13	98,532	20,67
14	91,138	22,26
15	83,85	23,85
16	76,57	25,44
17	69,55	27,03
18	62,4	28,62
19	55,2	30,21
20	48,13	31,8
21	41,112	33,39
22	34,09	34,98
23	27,11	36,57
24	20,23	38,16
25	13,18	39,7
26	6,28	41,34
27	-30	42,93

и показаны в виде графиков на рис. 2.2.1

Рисунок 1. Зависимости QтN(N) и Qг(N).

По рис. 2.2.1 следует, что оптимальное число пар параллельных транзисторов N_opt =22. При этом площадь теплоотвода Q_TN=34,09 см² и каждый из параллельно включенных транзисторов будет рассеивать мощность Р0,45Вт. Однако, так как большое количество включенных транзисторов уменьшает надежность и увеличивает стоимость разрабатываемого усилителя, целесообразно, по рекомендациям [1], принять N=4, при котором площадь радиатора =181,7 см² и каждый из параллельно включенных транзисторов рассеивает мощность Р=2,75Вт.

Далее проводится расчет, когда все транзисторы размещаются на одном радиаторе.

Определение теплового коэффициента данного радиатора, :

F_p= =1,47

При этом выделяемая энергия каждого транзистора:

=2,75 кВт

Исходя из площади основания задаются размеры и толщина каждого теплоотвода: Н = 6 см; D = 4 см; d₂ = 3мм

Определение теплового коэффициента данного радиатора:

F_p - (1,67+ 0,5) = 1,47

Определение Радиуса окружности транзистора с круглым основанием, S_T :

r = r_экв = = 1,42 см= 14,2 10^-3 м

Определение коэффициентов и:

_p(,) = 2 F_p d₂ = 2 0,003 =1,49

= == 0,4

Из таблицы определяем критерий γ по ближайшим к полученным значениям

_p и . В результате принимаем γ ≈ 0,22 .

Определение коэффициента теплоотдачи поверхности радиатора и коэффициент:

α_эф = (1-) =(1-) = 480,8

χ = ( - r)=( -14,2 10^-3)= 0,473

По вычисленным значениям и, определяетсяg=0,85

Определение величины перегрева радиатора в области монтажа транзистора , средне-поверхностный перегрев радиатораи максимальную температуру теплоотвода:

P_{к max} F_p = 10,98= 16,14

_s == 16,14 0,88 =

===

По вычисленному значению T^o_pmax , определяется коэффициент A=1,3.

Определение коэффициентов и(для неокрашенного радиатора принимается,,):

α_к = А= 1,29=5,6Вт /м² град

α_л = ε_пр ϕ₁ ϕ₂ = 0,3/м²

Определение суммарного коэффициента,:

α = α_л+ α_к = 5,6=7,8/м²

Определение эффективного коэффициента теплоотдачи ребристой поверхности радиатора,:

α∗ _эф = α _эф – α =480,8 – 7,8=473 Вт /м² град

Определение площади ребристой поверхности радиатора,:

S_п =HD = 0,04*0,06=0,227 м²

Определение числа ребер радиатора,:

n = == 4,2

Где с=2мм – ширина ребра, b=10мм – расстояние между концом одного ребра и началом другого.

Определение высоты ребер, d­₁:

d₁ = == 0,47м=470мм