2.3.4. Цепь задания статического режима и цепь тепловой защиты.

Рис. 7.

VT1 , D1 , R1 , R2 , R3 ,VT2 - цепь задания статического режима VT3 , VT4 , R2 , R4 , R5 , R6 - цепь тепловой защиты .

D1 - интегральный стабилитрон .

РАБОТА ЦЕПИ ТЕПЛОВОЙ ЗАШИТЫ.

рис. 8. Нагрузочная кривая ИСН.

В качестве термочувствительного элемента в цепи тепловой защиты используется переход эмиттер - база транзистора VT3 .

Из физики биполярного транзистора известно, что при постоянном токе эмиттера напряжение Uэб с увеличением температуры уменьшается с температурным коэффициентом -2 мВ/°С ,т.е. с увеличением температуры входная характеристика сдвигается параллельно самой себе в сторону оси ординат. Поэтому напряжение U_R2 = Uэб выбирается т.о. чтобы при температуре кристалла много меньшей предельной рабочая точка у транзистора VT3 была в зоне нечувствительности его входной характеристики, при этом в цепи тепловой защиты транзисторы VT3, VT4 полностью обесточены и практичаски не влияют на работу стабилизатора .

Пример 4

Автоматизированные исследования цепи тепловой защиты и цепи задания статического режима.

Ручной расчет:

V1(Uвх мин+Uвх макс)/2=(18+30)/2=24 В;

I_R13mA; U_VD16.7 B (интегральный стабилитрон)

R1=(V1- U_VD1)/ I_R1=5.76667 Ом

I_Э1= I_R2= I_R3; R2= U_ЭБ3 / I_Э1=200 Ом;

U_R3= U_VD1 - U_ЭБ1 -U_R2 -U_ЭБ2 = 6,7-0,6-0,4-0,6=5,1 В.

R3= U_R3 /I_Э1 =2.55 кОм

R4=R2=2 кОм

R6=10 кОм

Рис. 9.

Расчет 1 Примера 4

Проводим одновариантный расчет схемы по постоянному току при нормальной температуре с использованием директивы .op и данных, полученных с помощью ручного расчета. По результатам расчета, сняв потенциалы узлов, убедиться, что узловые напряжения близки к расчетным, а тепловая защита находится в отключенном состоянии.

Программа для автоматизированного расчета:

( *** Sobashnikov *** )

r1 7 1 5.77k

r2 2 3 200

r3 3 4 2.55k

r4 8 5 2k

r5 5 0 2k

r6 7 6 10k

q1 7 1 2 tna

q2 4 4 0 tna

q3 8 3 2 tpa

q4 6 5 0 tna

d1 0 1 st6

v1 7 0 24

.lib lab.lib

.op

.end

Результаты рысчета:

U1	U2	U3	U4	U5	U6	U7	U8
6.9820	6.3067	5.8975	0.6786	503.1E-06	24	24	0.0010

Вывод: в результате расчета получили, что узловые напряжения, полученные на ЭВМ близки к рассчетным, а т.к. U6=U7, т.е. нет тока через резистор R6, то цепь тепловой защиты выключена.

Расчет 2 Примера 4.

Проводим автоматизированное исследование цепи тепловой защиты при изменении температуры от 20 С до 200 С шагом 10 . При этом изменяя сопротивление R2 в пределах от 0,8 до 1,4 от номинальногозначения с шагом 0,05. По результатам расчета 2 определить сопротивление R2, при котором температура срабатывания тепловой защиты 150С.

Программа для автоматизированного расчета:

( *** Sobashnikov *** )

r1 7 1 rb 5.77k

r2 2 3 rbs 160

r3 3 4 rb 2.55k

r4 8 5 rb 2k

r5 5 0 rb 2k

r6 7 6 rb 10k

q1 7 1 2 tna

q2 4 4 0 tna

q3 8 3 2 tpa

q4 6 5 0 tna

d1 0 1 st6

v1 7 0 24

.model rb res( r=1 tc1=1.65m tc2=6.5u )

.model rbs res ( r=1 tc1=1.65m tc2=6.5u )

.dc lin temp 20 200 10 res rbs(r) 0.8 1.4 0.05

.probe

.lib lab.lib

.end

Результаты расчета представлены на графике 6.

Выводы:

В процессе расчета пришлось уменьшить значение сопротивления R2 до 160 Ом, т.к. в полученном графике 6 видно, что цепь защиты срабатывает при температуре меньше 150 С. А если мы уменьшаем сопротивление резистора R2, то очевидно, что на нем будет меньше падение напряжения, и тогда транзистор Q3 открывается большим напряжением, который в свою очередь открывает транзистор Q4. Итак, мы добились, что транзистор открывается при большем значении температуры. Из графика видно, что сопротивление R2, при котором температура срабатывания тепловой защиты 150 С равно R2=0.9*160=144Ом.

( Чем меньше U_R2 тем при большей температуре откроется тепловая защита ( Q3 ), поэтому самая правая характеристика - при R2=0.8*R2номин. )

Расчет 3 Примера 4

Необходимо получить более точное значение R2, для этого при выбранном в предыдущем расчете R2-оптимальном (144Ом) варьируем все резисторы на 10%. Причем R2 меняем от 0,9 до 1,1 от значения 144Ом с шагом 0,05 (5 кривых, средняя соответствует 1).

Программа для автоматизированного расчета:

( *** Sobashnikov *** )

r1 7 1 rb 5.77k

r2 2 3 rb 144

r3 3 4 rb 2.55k

r4 8 5 rb 2k

r5 5 0 rb 2k

r6 7 6 rb 10k

q1 7 1 2 tna

q2 4 4 0 tna

q3 8 3 2 tpa

q4 6 5 0 tna

d1 0 1 st6

v1 7 0 24

.model rb res(r=1 tc1=1.65m tc2=6.5u)

.dc lin temp 140 160 1 res rb(r) 0.9 1.1 0.05

.probe

.lib lab.lib

.end

Результаты расчета представлены на графике 7.

Вывод: из графика видно, что температура срабатывания тепловой защиты в данном случае меньше 150 С, поэтому необходимо провести коррекцию.

Расчет 4 Примера2

Цель - это коррекция расчета 3 с тем, чтобы окончательно выбрать R2, при котором температура срабатывания тепловой защиты равна 150 С.

Результаты расчета: получили семейство характеристик, изображенных на графике 8. Выбрали R2 так, чтобы средняя характеристика попадала бы в значение температуры, равное 150 С.

Вывод: мы уменьшили диапазон температур до интервала от 140 до 160С с целью получить более точное значени R2.

В результате расчета мы получили точное значение R2=141 Ом.( Средняя характеристика на графике 8, точно попадающая в температуру 150 С ).