Расчет величин сопротивлений уравнительных резисторов

 

Параллельное включение транзисторов используется не только для уменьшения размеров теплоотвода, но и в случае, когда заданный ток нагрузки I _{н max} не может быть обеспечен имеющимися в распоряжении типами транзисторов. При этом ток через каждый из параллельно соединенных транзисторов не превышает допустимого значения.

Схема включения уравнительных резисторов показана на рис. 2.7.

Рис. 2.7

Нужно иметь в виду, что при параллельном соединении транзисторов неизбежный разброс их характеристик может привести к существенно не одинаковому нагреву переходов транзисторов. В то же время очевидно, что параллельное соединение транзисторов выходного каскада эффективно лишь тогда, когда ток нагрузки распределяется между параллельно включенными приборами достаточно равномерно. Поскольку разбраковка партии транзисторов на группы с одинаковыми характеристиками, как правило, не проводится, то основным способом обеспечения равномерного распределения токов (а значит, и рассеиваемых мощностей) является включение в эмиттерные цепи транзисторов небольших одинаковых сопротивлений R _э1 = R _э2 = R _э3 = … = R _{э n} = R _э.ур. Величина уравнительных сопротивлений находится по формуле

где S _max – максимальное значение крутизны переходной характеристики транзистора выбранного типа по постоянному току, которую удобно находить через статический коэффициент усиления тока b и входное сопротивление транзистора

здесь i _б – ток базы, соответствующий значению U _бэ.нас, которое приведено в справочных данных, для выбранного типа транзистора; – разброс характеристик транзистора по току силовой цепи; здесь I _{к min} и I _{к max} – значения минимального и максимального токов коллектора, взятые из справочных данных, для выбранного типа транзистора. При отсутствии в справочнике необходимой информации l _i задается в пределах 1,5–2,0; l _{i доп.} – допустимая величина отношения токов параллельно соединенных транзисторов.

Для определения l _{i доп.} следует задаться допустимым повышением температуры перехода = 5ºС…20ºС и определить относительное приращение мощности рассеяния

здесь коэффициент запаса по температуре K _з = 0,75…0,85; Δ P _к – потери мощности на уравнительных резисторах.

При работе каскада усилителя в режимах классов A и B δ I _к.доп. = δ P _к.доп., следовательно

Мощность уравнительных резисторов определяется следующим образом

При расчетах уравнительных резисторов необходимо учитывать, что значение P _э.ур. при использовании непроволочных резисторов не должно превышать 2 Вт. В противном случае необходимо применять проволочные резисторы, у которых при больших рассеиваемых мощностях резко возрастают массогабаритные показатели.

Для удобства дальнейших расчетов параллельно включенные транзисторы целесообразно заменить одним эквивалентным с параметрами:

Уравнительные резисторы, включенные в эмиттерные цепи, образуют последовательную отрицательную обратную связь по току, увеличивая тем самым температурную стабильность каскада и его входное сопротивление. Вместе с тем на этих резисторах рассеивается дополнительная мощность, что снижает коэффициент полезного действия каскада. Поэтому, чтобы избежать дополнительных потерь мощность, в отдельных случаях, применяют параллельное включение транзисторов без уравнительных сопротивлений. В этом случае расчетный ток через каждый транзистор составляет 50 – 60 % от номинального, т.е. транзисторы работают с недогрузкой по току. При этом через отдельные транзисторы может идти ток, составляющий 70 – 90%, а через другие – 20 – 40% от номинального значения, но в целом такая схема будет работать достаточно надежно.

Пример. Проведем расчет величин уравнительных резисторов для схемы, представленной на рис. 2.8, в которой в параллель включены два транзистора КТ816А (КТ817А), обеспечивающие I _н = 3 А. Примем допустимую разницу температур коллекторов транзисторов = 10ºС; K _з = 0,75; l _i = 1,5.

Рис. 2.8

Из соотношения (2.16)

Входное сопротивление транзистора КТ816А (КТ817А) при I _к = 3А

Примем величину β _max = 2β _min = 2·20 = 40, поскольку данные о максимальном значении коэффициента усиления в справочнике отсутствуют. Из (2.15) определяем максимальное значение крутизны переходной характеристики транзистора по постоянному току

а затем из (2.14) значение

Округлим полученное значение в соответствии с рядом номинальных величин (ряд Е24) R _э.ур. = 2,0 Ом. Мощность резистора определяется по (2.17) и составляет

Полученное значение мощности превышает 2 Вт, поэтому либо надо применять проволочные резисторы, номинальная мощность которых превышает рассчитанное значение (в рассматриваемом случае можно, например, использовать резистор С5-37В мощностью 5 Вт), либо для уменьшения величины P _э.ур. можно вместо одного резистора номиналом 2 Ом включить несколько резисторов параллельно, общее сопротивление которых будет обеспечивать значение R _э.ур. близкое к расчетному. Это даст возможность применять непроволочные резисторы, массогабаритные показатели которых, как правило, существенно лучше, чем проволочных.

Например, из ряда Е24 выбираем резисторы номиналом 6,2 Ом, которые при параллельном включении будут обеспечивать R _э.ур. = 2,067 Ом. При таком инженерном решении мощность полученного резистора будет определяться соотношением

где n – число резисторов, включенных параллельно и обеспечивающих необходимое значение R _э.ур.. В рассматриваемом примере n = 2. Из (2.18) получаем

что дает возможность применять непроволочные резисторы, например марок МЛТ; С2-33 и т. д.

Замена одного проволочного резистора на несколько непроволочных резисторов меньшей мощности должна быть обоснована сравнением массо-габаритных показателей. В рассматриваемом примере резистор марки С5-37В номиналом 2 Ом, мощностью 5 Вт имеет массу 7 г, диаметр и длину корпуса 11 мм и 26,2 мм, соответственно (объем составляет» 2,5 см³). Резистор марки МЛТ номиналом 6,2 Ом, мощностью 2 Вт имеет массу 3,5 г, диаметр и длину корпуса 8,6 мм и 18,5 мм, соответственно (объем составляет» 1,07 см³). С учетом того, что резисторов МЛТ в одном плече каскада должно быть шесть, общая масса составит 21 г, а объем 6,42 см³. Очевидно, что в данном случае предпочтительнее применять проволочные резисторы.