3. Проектирование исн на уровне расчета принципиальной схемы.

3.1. ВЫбор начального варианта схемы и его анализ.

На основании предыдущих расчетов просто синтезировать начальный вариант принципиальной схемы ИСН. Если схему рис. 2 раскрыть на схемотехническом уровне, т.е. в качестве РЭ взять схему рис. 3, в качестве ИОН - схему рис. 5, ДУ - схему рис. 6, а также раскрыть на схемотехническом уровне УЗСР, ИТ и ввести дополнительные цепи: цепь тепловой защиты, цепь защиты по выходному току, то получим ролную принципиальную схему ИСН, приведенную на рис. 10.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ СОСТАВ СХЕМЫ:

РЭ : VT19,VT20

ДУ сигнала рассогласования : VT4-VT14

ИОН : VT15-VT18

Делитель выхолного напряжения : R10,R11

Вспомагательные цепи :

УЗСР : VT2,DV1,DV2

ИТ : VT1,VT3.

Проведем оценку энергетических характеристик этой схемы. Убедимся, что схема позволяет обеспечить максимальный ток в нагрузке ( Iн макс =1 А ). Определим максимальный входной ток РЭ : I_{вх РЭ макс}= Iн макс/(_{20 19})=1/(50*100)=0,2 мА.

Этот ток значительно меньше рабочего тока выходного транзистора VT14 ДУ, следовательно, режим этого транзистора по току выбран правильно.

Оценим максимальную мощность рассеивания на стабилизаторе. Эта мощность в основном рассеивается на транзисторе VT20 при его работе в наиболее тяжелом энергетическом режиме. Предположим, что в стабилизатор введена цепь защиты, ограничивающая его выходной ток на уровне 1 А при коротком замыкании выхода на общую шину. Тогда в этом режиме на транзисторе VT20 рассеивается максимальная мощность :

Р_{К20 макс}=I_КЗ*U_КЭ=I_{Н КЗ} *U_{ВХ МАКС}= 30*1=30 Вт,

что нежелательно, т.к. требуется теплоотвод с большой площадью поверхности. Следовательно для стабилизатора необходимо ввести цепь защиты с уменьшением выходного тока при коротком замыкании выхода. В этом случае максимальная мощность рассеивания на транзисторе определяется :

Рмакс=( Uвх макс-Uвх мин)*Iнп=(30-18)*1=12 Вт.

В базовой схеме ИСН отсутствуют цепи, которые не оказывают существенного влияния на основные параметры Кст и Rвых стабилизатора, но необходимы для его нормального функционирования. В ИСН необходимо ввести цепи коррекции, обеспечивающие его устойчивость, а также цепи защиты от перегрузки стабилизатора по выходному току и устройство тепловой защиты. Эти цепи вводятся на этапе корректировки принципиальной схемы.

3.2. Корректировка принципиальной схемы.

расчет цепей защиты.

На рисунке 11 приведена полная принципиальная схема проектируемого ИСН, реализуемая на основе схемы рис.10 и включающая ряд дополнительных цепей.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ СОСТАВ СХЕМЫ:

РЭ : VT22,VT23,R14;

ДH : R16,R17;

ИОН : VT17-VT20,R17-R11;

ДУ : VT6-VT16. Первый вход ДУ (База VT12) связан с выходом делителя выходного напряжения, а второй вход (База VT11) подключен к выходу ИОН. Выход ДУ связан со входом РЭ(База VT22);

УЗСР : VT2,R1-R3,VD1,VD2;

ИТ : VT1-VT5. Коллекторный ток транзистора VT5 в своей части втекает в базу VT22, обеспечивая режим по току РЭ.

В схеме рис. 11 цепь защиты стабилизатора от перегрузок по выходному току построена на элементах : VT21,VD4,R12,R13,R15; устройство тепловой зашиты - на элементах :VT3,VT4,R2,R4; цепь коррекции - на элементах : C1,R6,C2(вводятся для обеспечения устойяивости ИСН).

Стабилизация напряжения на выходе ИСН осуществляется за счет действия общей отрицательной обратной связи:

Вых-R16-VT12-VT10-VT15-VT16-VT22-VT23-R15-Вых.

Рассмотрим работу цепи тепловой защиты по току стабилизатора. При нормальной работе стабилизатора (Iн Iн макс) элементы VT21,VD4,R12,R13 находятся в обесточеном состоянии и не влияют на работу схемы. Когда ток нагрузки Iн, увеличиваясь, достигает предельного значения Iн п, транзистор VT21 переходит в активный режим, появляется ток в его коллекторной цепи, что приводит к ограничению тока нагрузки. Введение в схему элементов R12,VD4,R13 позволяет реализовать цепь защиты с уменьшением выходного тока при коротком замыкании выхода стабилизатора на общую шину: в режиме короткого замыкания значительно возрастает напряжение коллектор-эмиттер транзистора VT23, стабилитрон VD4 входит в режим стабилизации, появляется ток в цепи R12,VD4, увеличивается падение напряжения на резисторе R13, что приводит к уменьшению тока нагрузки стабилизатора.