PROJEKT KOŃCÓWKI MOCY O WZMOCNIENIU 50 W

Obliczanie stopnia wyjściowego mocy.

Wzmacniacz powinien oddawać do obciążenia o rezystancji R_L moc 50 W przy sinusoidalnym przebiegu napięcia i prądu wyjściowego. Wyliczona stąd wartość szczytowa napięcia wyjściowego wynosi Uwym = 22,4 V, a prąd szczytowy Iwym = 4,48 A. W celu obliczenia napięcia zasilania określimy mini­malny spadek napięcia na tranzystorach T₁', T₁, T₂, i rezystancji R₃. Napięcia baza-emiter tranzystorów T₁ i T₁' przy prądzie szczytowym musimy oszacować łącznie na ok. 2 V. Spadek napięcia na rezystorze R₃ jest równy napięciu przewodzenia diody, a więc ok. 0,7 V. Napięcie kolektor-emiter tranzystora T₃ przy pełnym wysterowaniu nie powinno spaść poniżej 0,9 V. Załóżmy, że sto­pień wyjściowy będzie zasilany z niestabilizowanego źródła napięcia, którego napięcie przy pełnym obciążeniu może się obniżyć o ok. 3 V. Otrzymujemy w ten sposób wartość napięcia nieobciążonego źródła napięcia zasilania:

Uzz=22,4 V +2 V + 0,7 V +0,9 V + 3 V = 29 V

Ze względu na symetrię układu ujemne napięcie zasilania musi mieć taką samą wartość. Umożliwia to podanie wymaganych parametrów granicznych tranzystorów T₁' i T₂'. Maksymalne napięcie kolektor-emiter występuje przy pełnym wysterowaniu i wynosi

Uzz + Uwym =51,4 V

Wybieramy U_CER = 60 V

Z zależności:

Z powyższej zależności otrzymujemy:

Związek mię­dzy mocą strat a rezystancją termiczną ma postać:

Maksymalna temperatura dla tranzystorów krzemowych wynosi 175°C. Tem­peratura otoczenia w urządzeniu nie powinna przekraczać 55°C. Przyjmijmy, że rezystancja R_thj-a z uwzględnieniem radiatora wynosi 4 K/W. Otrzymamy w ten sposób wymaganie na wartość rezystancji termicznej złącze-obudowa w postaci:

czyli:

Dla tranzystorów mocy często jest podawana maksymalna moc strat w kolek­torze P₂₅ przy temperaturze obudowy równej 25°C. Znając
możemy tę moc wyliczyć:

Wzmocnienie prądowe wybranych w ten sposób tranzystorów przy ma­ksymalnym prądzie wyjściowym wynosi 30. Umożliwia to dobór tranzystorów sterujących T₁ i T₂. Ich maksymalny prąd kolektorów wynosi:

Przyjęcie takiej wartości jest słuszne jednak tylko przy małych częstotliwo­ściach. Przy częstotliwościach powyżej fg =20 kHz wzmocnienie prądowe tranzystorów mocy małych częstotliwości wyraźnie maleje. Dlatego przy stro­mym wzroście prądu tranzystor sterujący przez krótki czas musi dostarczać większej części prądu wyjściowego. Dla uzyskania możliwie dużej szerokości pasma wybieramy I_{c max} = l A.

Dla zapewnienia małych zniekształceń skrośnych wybieramy prąd spoczynkowy równy

ok. 30 mA; stąd otrzymujemy:

Moc strat w tranzystorach sterujących w stanie spoczynkowym wynosi 30 mA • 29 V ≈ 0,9 W, a przy pełnym wysterowaniu 0,75 W. Do tego celu wystarcza tranzystor małej mocy. Przyjmijmy, że wzmocnienie prądowe tych tranzystorów wynosi 100. Maksy­malny prąd bazy

Prąd płynący przez tranzystory T₃ i T₄ źródeł prądowych powinien być duży w porównaniu z tą wartością. Wybieramy prąd równy ok. 10 mA.

Wtórniki emiterowe wykazują skłonność do drgań pasożytniczych w po­bliżu częstotliwości f_T tranzystorów wyjściowych. W celu stłumienia drgań można obciążyć wyjście szeregowym obwodem RC (ok. l Ω, 0,22 μF), co jednak powoduje zmniejszenie sprawności przy większych częstotliwościach. Inna, albo dodatkowa, możliwość wprowadzenia tłumienia polega na wyko­rzystaniu rezystorów włączonych szeregowo w obwód bazy tranzystorów ste­rujących, w połączeniu z dodatkową pojemnością kolektor-baza. Jeżeli dobie­rze się, jak to pokazano na rysunku,

R₇ = R₈ = 100 Ω, powstający na nich spadek napięcia będzie mniejszy niż 0,2 V. Spowoduje to tylko nieznaczne zmniejszenie zakresu wysterowania.

---