3.2. Усилитель постоянного тока
Основные требования к УПТ -обеспечение заданного коэффициента усиления по напряжению, а также высокой температурной стабильности этого коэффициента и положения исходной рабочей точки.
Предварительно в качестве УПТ было намечено использовать схему интегрального стабилизатора напряжения (ИСН). Рассмотрим, например, схему ИСН серии КРЕН1(2) и оценим возможность ее применения в качестве дифференциального УПТ.
-Uвых +Uвых
ИСН КРЕН1 имеет встроенный термостабилизированный источник опорного напряжения, который обеспечивает за счет внешнего резистора регулирование выходного напряжения стабилизатора от 5 до 12В. Коэффициент стабилизации схемы не менее 50; номинальный выходной ток 50мА.
3.2.1.Резистивный делитель r5,r6,r7.
Ток, протекающий через резистивный делитель датчика должен быть значительно больше входного тока ИСН (вход 3). Поэтому задаемся внутренним сопротивлением датчика по крайней мере на порядок меньшим, чем Rвх3:
Rдвн =(0,1…0,2)Rвх3, (19)
где Rвх3 =120кОм.
Номинальные значения резисторов делителя находим из следующей системы уравнений:
(20)
После выбора стандартных номиналов резисторов находим ток, протекающий через делитель:
.
(21)
Найденный ток используется для расчета рассеиваемой мощности каждым резистором делителя:
.
3.2.2. Расчет выходного сопротивления
Выходное сопротивление схемы компенсационного стабилизатора напряжения примерно в Kу≈Kст раз меньше, чем выходное сопротивление регулирующего элемента (Rвыхv2,рис.3.2.1):
Rвых = Rвых v2/(1+KстKд min), (22)
где Rвых v2 = (Rвых хх+R4)||R‘н ;
Kст=40…200 (паспортные данные);
R‘н =R5+R6+R7;
Rвых хх = rэ2+(Rвых ст + rбv2)/(1+v1·v2);
rбv2≈ΔUбэ/ΔIб(находится по входной ВАХ VT2);
Rвых ст = (0,1…0,2)Ом(паспортные данные);
Rэ2 = т /Iэ2.
3.2.3. Расчет и выбор элементов схемы защиты от перегрузок по току
расчет элементов схемы на рис.3.2.1, 3.2.2 производится по току срабатывания защиты. Ток срабатывания защиты должен превышать ток нагрузки в 1.5..2 раза.
Назначение элементов схемы защиты на рис.3.2.1 заключается в следующем.
Резистор R4 выполняет функции датчика тока нагрузки. Транзистор VT9(см. электрическую принципиальную схему ИСН К142ЕН в Приложении 1) усиливает сигнал датчика тока и управляет работой составного регулирующего транзистора ИСН (VT6,VT8, Приложение 1), закрывая его при перегрузке канала блока питания. При этом закрываются и транзисторы VT1,VT2 (рис.3.2.1).
Резистор R3 должен быть много больше R2, а их сумма должна несущественно уменьшать входное сопротивление регулирующего элемента, т.е. должно выполняться следующее условие:
R3 = (5...10)β VT2·Rнi,
где Rнi- сопротивление нагрузки i-го канала.
(23)
Резистор R3 должен надежно запирать транзистор VT9 в схеме ИСН (см. Приложение 1) при отсутствии перегрузки по току. Поэтому проверку корректности выбора этого резистора по (23) целесообразно еще провести и по максимальному тепловому току VT9 (Ik0max V9).
Рассчитываем сопротивление резистора R4. Для этого при номинальном токе нагрузки необходимо определить падение напряжения между базой и эмиттером транзистора VT9 и приравнять его величине Uбэ0-4φт:
;
;
.
(24)
В расчетах следует принять:
.
.
(25)
Срабатывание защиты произойдет при напряжении между базой и эмиттером транзистора VT9 (Приложение1):
UбэV9=0,6В.
Для расчета тока срабатывания защиты Iнmax продифференцируем (24) по току нагрузки:
.
(26)
Тогда:
;
Iнmax=Iн+ΔIн.
Мощность, рассеиваемая резисторами R1-R7:
;
;
;
;
;
;
.