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分立元件B类推挽输出功率放大器散热设计

发布时间:2010-02-25 22:53:05  来源:资料室    作者:   更新20190822 070235

分立元件B类推挽100W输出功率放大器

数十W的主要作为家用立体声功率放大器,以厚膜集成电路为主流。这种功率IC具有部件数量少,组装内容多的优点。

      这里对输出为100W以上的功率放大器进行说明。

      图1是基本电路构成,电压放大级用两级差动电路构成。

      输入级为一般的差动放大器,该级只驱动电压放大级的基极,所以差动输出电压为小值。因此,对失真率无太大的关系。若为超低失真放大器,则要另外考虑。

     电压放大级决定最大输出电压,所以在大振幅时,必须失真率低。通常该级作差动放大器的负载,有附加电流密勒电路和采取发射极地恒流负载构成的。

      输出级只是简单的电流放大,一般为达林顿连接的推挽射极跟随器。

      输出级本来是容易引起元件破坏的,所以必须加输入电流的限制电路。晶体管的额定值要选用足够的余量。

      为了除去由双极性硅晶体管和基极-发射极之间电压VBE的建立特性(0.6V)引起的交迭失真,必须进行偏置。

      图2是100W功率放大器的电路,20Hz~20kHz失真为0.05%。

      电源电压Vcc为双电源电压,即

+Vcc=Vcc/2, -Vcc=Vcc/2

用Po(max)=100W,RL=8Ω计算

假定:VCE(sat)=1V,RE=0.5Ω。于是,

其次,为了得出损失电压 ,而计算Ic(max)

因此损失电压为

2(VCE(sat)+5×0.5)=7V

Vcc为:

Vcc=80+7=87   (V)

因为该电压是最大输出时的电压,所以在不用稳压电源的场合,必须考虑变压器的调整。

=3.18A的电流通过时,需要确保±43.5V。

散热设计

如果输出波形为正弦波,则功率晶体管的最大损耗为Pc(max)=0.2×Po(max)

在100W输出时,晶体管消耗约20W的功率。

总热阻为θT

θT=(Ti-Top)/0.2·Po(max)

功率放大器的Pc(max)为:

Pc(max)=(Ti-Tc)/[θr-(θsa+θcs)]

式中:Ti:分流温度

      Tc:标准周围温度25℃

      Top:允许周围温度

晶体管的允许集电极损耗Pc(max),像图3那样,由于Top的上升而降低。并且总热阻θr大。那么Tc=25℃时Pc(max)=(Ti-Top)/θr

当然,由于散热 ,输出也受限制。这里要求必要的散热器的热阻θsa。总热阻θr由晶体管的分流和壳体间的热 阻θic、壳体和散热器间(一般用云母板、涂硅油)的热阻θcs与散热器的θsa构成。

                    图1   B级功率放大器在基本构成     

                    图2有效输出为100W的功率放大器

如果Pc=200W云母板热阻为1℃/W,允许周围温度为80℃则

  θic=(150-25)/200

     =0.625℃/W 

   θr=(150-80)/20

    =3.5℃/W

因此散热器的热阻θsa为

    θsa=θr-(θic+θcs)

     =3.5-(0.625+1)

     =1.875℃/W

      从产品样本中选择满足要求的散热器,但因实际上不能决定通风条件,所以尽量留有余量。

图3  由工作温度引起的Pc的减少


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  • 顶! DCHDCH 于2010-03-02 15:48:51发布
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