1. Выбор конфигурации и расчет выходного каскада

1.1.Выбор конфигурации выходного каскада.

С точки зрения уменьшения потерь предпочтительно выполнить выходной каскад по схеме, работающей в режиме В. Рекомендуется использовать двухтактный каскад па базе биполярных транзисторов. С учетом конструкции предлагаемых в задании двигателей (с двойной управляющей обмоткой) имеет смысл строить каскад по бестрансформаторной схеме, с включением дополнительного конденсатора параллельно управляющей обмотке.

В соответствии с изложенным схема каскада имеет вид, представленный на рисунке 1.

АД-32В

Рисунок 1-Схема выходного каскада

Здесь изображен двухтактный каскад усиления, транзисторы включены по схеме с общим эмиттером.

1.2.Выбор транзистора.

Необходимо выбрать транзистор, который бы соответствовал требуемым электрическим характеристикам каскада. Предпочтительно использовать кремниевые транзисторы, т.к. они имеют лучшие характеристики при работе в условиях повышенных температур.

Первичный выбор транзистора осуществляется по трём параметрам:

U_кэ-мaкс– максимальное (для данной схемы) значение напряжения на закрытом транзисторе, P_{рас-мaкс} - максимальная (для данной схемы) мощность рассеяния на транзисторе,

I_к-макс. - максимальный (для данной схемы) ток через коллектор.

Допустимые значения соответствующих параметров выбираемого транзистора, приводимые в справочных материалах, должны быть строго больше указанных величин.

=33.94 (В),

=1.117 (Вт).

Для минимизации токов через транзисторы целесообразно ввести в схему конденсатор С_у такой величины, чтобы нагрузка каскада имела активный характер. Для этого контур, образуемый обмотками управления ОУ1, ОУ2 и конденсатором С_у, должен быть настроен в резонанс на рабочей частоте питающего напряжения.

Две обмотки управления со средней точкой можно рассматривать как автотрансформатор с коэффициентом трансформации n=0.5. Рассчитаем конденсатор С_пр, приведенный к одной обмотке, из условия резонанса с индуктивностью обмотки управления на рабочей частоте Для приведенной емкости получим:

.

Тогда для конденсатора С_у справедливо:

_{Выберем Су = 2,2(мкФ).}

Рассчитаем максимальный ток через коллектор:

Для обеспечения большей линейности характеристик каскада рекомендуется выбирать R_э таким, чтобы максимальное падение напряжения на нем U_{Rэ max} равнялось (1 - 1,5) В:

Выберем =1,5 Ом.

По полученным значениям трёх основных параметров из справочника выбирается транзистор, удовлетворяющий условиям:

Этим параметрам соответствует транзистор КТ815Г, в таблице 3 приведены справочные данные на выбранный транзистор.

Таблица 3 - Справочные данные на транзистор КТ815Г

Обозначение	Значение параметра	Описание
	30	Минимальный статический коэффициент передачи по току при Tк =298К
Iб-const, А	0.5	Постоянный ток базы
Iк-обр, мА	1	Обратный ток коллектора при Tк =373К
Iк-сonst, А	1.5	Постоянный ток коллектора
Pрас-доп, Вт	1	Мощность, рассеиваемая без теплоотвода при Tк =233-298К.
Pрас-т-доп, Вт	12	Мощность, рассеиваемая с теплоотводом при Tк =233-298К
Iб-макс, A	0.5	Максимальный ток базы
Uкэ-доп , B	80	Напряжение коллектор-эмиттер допустимое
Uкэ-нас, B	0,6	Напряжение коллектор-эмиттер насыщения
Uбэ-доп, В	5	Постоянное напряжение база –эмиттер при Tк =213-273К
Т, K	233-373	Температура окружающей среды
Тп-доп, К	398	Максимально допустимая температура перехода

Так, как допустимая мощность, рассеиваемая без теплоотвода, P_{рас-доп}, меньше, чем P_{рас-мaкс} , то потребуется применить теплоотвод.

Многие параметры транзистора зависят от температуры. Допустимое значение температуры p-n-перехода транзистора: Т_п-доп =398 К , её нельзя превышать, т.е. следует задаться рабочей температурой перехода, исходя из условия:

Т_окр < Т_пр< Т_п-доп ,

т.е. для нашего случая:

333 К < Т_пр< 398 (К).

Пусть Т_пр =373 К, тогда запас по температуре (К).

Определим максимальный ток базы транзистора для данной схемы:

Максимальное напряжение база-эмиттер U_{бэ-макс} можно выбрать из диапазона:

Пусть , тогда максимальное значение входной мощности каскада :

1.3.Расчёт термических сопротивлений и площади теплоотвода.

Рассчитаем уточненную мощность рассеяния на транзисторе с учетом наличия ненулевого напряжения U_кэ-нас на открытом транзисторе, а также тока утечки закрытого транзистора:

где P_доб- добавочная мощность, обусловленная током утечки закрытого транзистора.

Ток утечки равен обратному току коллектора I_к-обр, при выбранной рабочей температуре. Это значение берется из справочных данных в таблице 3. определяется как:

Теперь рассчитаем требуемое термическое сопротивление «переход-среда»:

Далее, чтобы рассчитать требуемое термическое сопротивление «теплоотвод-среда» R_т-т-ср , учтем, что при размещении транзистора на теплоотводе R_т-п-ср определяется тремя составляющими:

R_т-п-ср= R_т-п-к+ R_т-к-т+ R_т-т-ср,

где R_т-п-к- термическое сопротивление «переход-корпус», R_т-к-т- термическое сопротивление «корпус-теплоотвод», R_т-т-ср- термическое сопротивление «теплоотвод-среда». Если знать два первых слагаемых данного уравнения, то R_т-т-ср можно найти как

Так, как термическое сопротивление «переход-корпус» R_т-п-к не дано в явном виде , то оно находится по максимально допустимой температуре перехода Т_п-доп и максимальной температуре, для которой дано значение P_{рас-т-доп} ,

При наличии прокладок:

Зная эти величины, рассчитываем требуемое термическое сопротивление «теплоотвод-среда»:

Далее находим требуемое значение площади теплоотвода по эмпирической формуле:

,

где R_т-т-ср подставляется в К/Вт.