2.5 Определение величины дополнительного напряжения питания

Дополнительное напряжение питания U_Д позволяет повысить КПД стабилизатора за счет уменьшения падения напряжения на силовом транзисторе VT1 /14/. Причем, при переключении диапазонов U_П не требуется менять U_Д. Благодаря этому не изменяются режимы работы транзистора VT5 и силовых транзисторов микросхемы A1. Выбираемое напряжение должно обеспечить работу транзистора VT5 и микросхемы A1 в линейном режиме. Его минимальное значение находится как

(2.11),

где U_ЭБ1, U_ЭБ5 – падения напряжения на эмиттерных переходах транзисторов VT1 и VT5 соответственно; U_Amin – минимальное падения напряжения на регулирующем транзисторе микросхемы A1.

Рассчитанное по (2.11) значение должно удовлетворять соотношению

(2.12),

где U_ВХmin – минимально допустимое входное напряжение микросхемы A1. В противном случае U_Дmin выбирается из (2.12).

Номинальное напряжение дополнительного источника находится по аналогии с выражением (4).

(2.13)

В нашем случае найденное согласно (2.11) U_Дmin=2+0,6+4=6,6 В, удовлетворяет условию (2.12). Из (2.13) имеем U_Д=6,6/(0,9·0,96)=7,64 В.

Резистор R2 уменьшает тепловую нагрузку на транзистор VT5. При максимальной нагрузке и минимальном напряжении U_Д, транзистор VT5 должен находиться в линейном режиме, поэтому

(2.14),

где U_2нас – напряжение насыщения транзистора VT5. В нашем случае R2(6,6–2–0,6)/0,15=26.6 Ом. Мощность, рассеиваемая на резисторе P_R2=0,15²·26.66=0.6 Вт. Выбираем резистор R2=27 Ом, 2 Вт, типа С2–33. Внешний вид резистора показан на рис. 7. Его габаритные параметры: D = 8,8; L = 18,5; l = 25; d = 1.

Согласно (9) убеждаемся в правильности выбора транзистора VT5 по максимально допустимым параметрам:

I_5max=0,15<1,5 А;

U_5max= U_Дmax= 8,74<40 В;

P_5max=0,15·(7,64·1,1–2–0,15·27)=0,35<10 Вт.

2.6 Расчет величины резистора r022

Для микросхемы A1 максимальное напряжение составит

(2.15)

В нашем случае U_Amax=24+8,74≤40 В.

Резистор R02 также служит для уменьшения потерь на силовых транзисторах микросхемы A1. Его можно найти из соотношения

(2.16)

где U_БЭ5 – падение напряжения на переходе база-эмиттер транзистора VT5;

I_Amax=I_5max/h_21Э2=0,15/40=3.8мА – максимальный ток, протекающий через силовые транзисторы микросхемы A1. В нашем случае имеем R02=(6,6–2–0,6–4)/3.8=0 Ом .

2.7 Выбор резисторов делителя обратной связи

Необходимость использования нескольких диапазонов регулирования требует изменения не только напряжений питания, но и параметров выходного делителя в каждом диапазоне. Изменение режимов питающего напряжения и параметров выходного делителя осуществляется, как правило, переключателем на три направления. На рис. 10 /1/ представлена схема выходного делителя для двух диапазонов регулирования. Изменение параметров делителя осуществляется за счет подключения дополнительных сопротивлений R15 и R16. Причем, параллельное подключение дополнительных резисторов используется для того, чтобы при переключении S1 выходной делитель не отключался от нагрузки. В противном случае, напряжение обратной связи становится на короткое время равным нулю, транзистор VT1 в это время за счет схемы регулирования полностью открывается и на нагрузке наблюдается нежелательный скачок напряжения. Напряжение обратной связи (средняя точка резисторов R13, R14) поддерживается за счет обратной связи равной опорному напряжению U_ОП, которое формируется в микросхеме A1.

Рис. 10. Схема выходного делителя

Для выходного делителя справедливы выражения

(2.17)

где U_ОП – опорное напряжение; I_Д – ток выходного делителя; U_{Hi max} и U_Himin – максимальное и минимальное напряжения в пределах одного диапазона;

R_B, R_H – сопротивления верхнего и нижнего плеча выходного делителя соответственно. Причем для первого диапазона:

(2.18),

для второго диапазона:

(2.19)

Для нашего случая из (2.18), (2.19) находим

(2.20)

Из полученных выражений видно, что если диапазоны регулирования выбрать равными друг другу U_H1max–U_H1min=U_H2max–U_H2min, то R_H2=R_H1=R14. Иначе говоря, дополнительный резистор R16 не понадобится. Кроме того, не нужно дополнительное третье направление переключателя S1, т. е. схема упрощается.

Согласно рекомендациям по использованию микросхемы К142ЕН2 /6/ ток делителя должен быть I_Д1,5 мА, U_ОП=12 В. Принимаем I_Д=2 мА, U_H1min=U_H2max=10 В, находим R12=(10–3)/2=4,5 кОм, R14=3/2=1.5 кОм, R13=(24–10)/2=3 кОм, R_B2=(10-3)∙(24-10)/2/(21-18), R_H2=R14, R15=3∙4,5/(4,5-3), R16=.

Мощность, рассеиваемая на этих резисторах, составляет P_R12=I_Д²·R12=2²·4,5·10^–3=18 мВт, P_R14=2²·6·10^–3=24 мВт, P_R13=2²·3·10^–3=12 мВт. Из справочника /13/ выбираем резисторы типа С2–23, R12=4,7 кОм, 0,25 Вт; R14=6,8 кОм, 0,25 Вт, R15=9,1 кОм, 0,125 Вт. Внешний вид резисторов приведен на рис. 7. Габаритные параметры: R12, R14 – D = 3; L = 7; l = 20; d = 0.6; R15 – D = 2,2; L = 6; l = 20; d = 0.6. В качестве R13 из /13/ выбираем регулировочный резистор типа СП2–2, 0,5 Вт с равномерной функциональной характеристикой. Для коммутации питающего напряжения, в качестве переключателя S1 выбираем галетный переключатель на 2 положения и 4 направления типа ППК2114Н ЕЩО360.0,37 ТУ /15/.

Внешний вид регулировочного резистора приведен на рис. 11.

Рис. 11. Регулировочный резистор СП2-2