Задача 20

Т ранзистор (рис.12) з тепловим опором перехід-корпус R_П-К=0.8К/Вт повинен розсіювати потужність 15 Вт (Р_КС­=15 Вт) при температурі навколишнього середовища Т_ОС=32⁰С. Максимально допустима температура переходу (кристала) з метою збільшення надійності обмежена Т_П=70⁰С. Транзистор закріплений на тепловідводі через ізолюючу силіконову змазку. Тепловий опір корпус-тепловідвід транзистора R_К-Т =1.5 К/Вт. Силіконова змазка зменшує його приблизно на 40% .Чи потрібен при цих умовах тепловідвід? Якщо так, то якої площі? Вважати, що 1см² поверхні тепловідводу має тепловий опір R_Т-ОС=800 К/Вт.

Рис. 12

Розв’язування

Е квівалентна схема даної конструкції з врахуванням всіх теплових опорів показана на рис.13.

Рис. 13.

Знайдемо величину результуючого теплового опору перехід-навколишнє середовище R_п-ос за формулою

де Р_КС=15 Вт – потужність розсіюванння, Т_К=70⁰ С – максимально допустима температура переходу (кристала), Т_ОС=32⁰ С – температура навколишнього середовища

Величину теплового опору корпус-тепловідвід визначимо з врахуванням наявності селіконовою змазки, яка зменшує опір між вказаними елементами на 40%:

Розрахуємо еквівалентний опір тепловідвід – навколишнє середовище R_Т-ОС, враховуючи, що результуючий сумарний опір R_П-ОС і опори R_П-К, R_К-Т відомі.

З евівалентної схеми, зображеної на рис.13, знайдемо

З іншого боку тепловий опір R_Т-ОС розраховується як n – паралельно з’єднаних опорів, величина кожного з них відповідає 1 см² поверхні тепловідводу з тепловим опором R=800 K/Вт.

n – паралельно з’єднаних одинакових опорів R дадуть результуючий опір;

_звідси

Отже, площа тепловідводу, необхідна для відведення необхідного тепла від транзистора, повинна становити не менше 1000 см².

Задача 21

Використовуючи метод п’яти ординат, оцінити величину коефіцієнтів другої і третьої гармонік однотактного підсилювача потужності, виконаного на транзисторі КТ814Б (рис. 14). Відомо, що R_К=10 Ом; R_Г=40 Ом; Е_К=15 В; Е_Г=1,2 В. Робоча точка відповідає U_БЕ0=0,7 В. Коефіцієнти гармонік розраховувати за наступними формулами:

Рис. 14

Розв’язування

Нелінійні спотворення підсилювача можна оцінити, використовуючи наскрізну динамічну характеристику вихідного каскаду. Динамічна характеристика будується з допомогою сімейства статичних вихідних та вхідних характеристик транзистора (рис. 15).

На графіку сімейства статичних вихідних характеристик проводиться навантажувальна пряма, яка перетинає вісь напруги в точці U_КЕ=15 В, а вісь струму в точці І_К=Е_К/R_К=15/10=1,5А. Ординати точок перетину сімейства статичних вихідних характеристик з навантажувальною прямою дають можливість встановити залежність вихідного струму від струму бази. З допомогою вхідної вольтамперної характеристики визначаємо значення вхідної напруги, при якій забезпечується те чи інше значення струму бази. Необхідне значення е. р. с. джерела сигналу, що має внутрішній опір R_Г=40 Ом, розраховуємо за формулою:

Отримані таким чином значення І_К, І_Б, U_БЕ та Е_Г заносимо в таблицю.

Таблиця 3

UБЕ,В	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,25	1,3
ІБ,мА	0	2	5	7,5	10	15	20	30	40	50	60	70	80
ІК,А	0,1	0,12	0,3	0,37	0,44	0,55	0,62	0,74	0,83	0,9	1,0	1,07	1,14
ЕГ,В	0,2	0,38	0,6	0,8	1,0	1,3	1,6	2,1	2,6	3,1	3,6	4,05	4,5

За даними таблиці 3 будуємо наскрізну динамічну характеристику, тобто залежність І_К=φ(Е_Г) (рис. 16). Для того, щоб скористатися методом п’яти ординат, необхідно визначити, якою повинна бути величина Е_Г, щоб вона відповідала заданій напрузі зміщення:

Дане значення Е_Г0 вважаємо за е. р. с. напруги зміщення і відносно цього значення будуємо синусоїдальний сигнал амплітудою 1,2 В.

Параметри a, b, c, що входять в формули розрахунку k_Г2, k_Г3 є відрізками вираженими в одиницях колекторного струму. При цьому величина відрізка a знаходиться як різниця ординат точок кривої І_К=φ(Е_Г) при Е_Г= -Е_Гm, Е_Г= Е_Г0; відрізка b – як різниця ординат відповідних точок при Е_Г= -0,5Е_Гm, Е_Г= +0,5Е_Гm; с - при Е_Г= Е_Г0 і Е_Г= Е_Гm.