2.3 Расчет сопротивления резистора r4.

Резистор R₄ улучшает процесс управления транзистором VT1 в режиме запирания. Согласно рекомендациям R₄ выбирается таким образом, чтобы через него протекал ток, составляющий(0,10,2) от тока базы VT1,

R₄= U_ЭБ1/[(0,10,2) I_1max/h_21,1], (2.8)

R₄=2/[0,2*10.8/15]=13.88 Ом

Мощность, рассеиваемая на резисторе R₄ , составляет

Р _R4=2²/13.88= 0.28 Вт

R₄=15 Ом; Р=0,25 Вт

Из справочника выбираем металлизированный лакированный теплостойкий резистор

С2-15-0,25Вт5

Рассчитаем сопротивление выравнивающего резистора

R_Э=2/1.5=1.33 Ом

Р _RЭ=2*0.66=1.33 Вт

Выбираем резистор R_Э=1.3 Ом типа С5-1.3-2Вт5.

2.4 Выбор составного транзистора VT2.

Максимальное значение коллекторного тока , напряжения коллектор-эммитер и мощности этого транзистора находятся как

I_2max= I_1max/h_21,1+I_R4+I_ДОП,

U_2max=U_Дmax, (2.9)

P_2max= I_K2max[U_Д(1+а_С)- U_БЭ1- I_K2max*R₃],

h_21,1-коэффициент усиления по току транзистора VT1,

I _R4= U_БЭ1/ R4,

I _R4= 2/15=0,133 A

I_ДОП- сумма дополнительных токов, протекающих через резистор R5, стабилитрон VD1, выходной делитель напряжения R9, R10, R11;

U_Дmax=U_Д(1+а_С)(1+U_П)

U_Дmax - максимальное напряжение дополнительного источника питания.

Согласно рекомендациям суммарный ток I_ДОП не превышает 0,01 А. Пока не выбрано напряжение дополнительного источника питания U_Д, принимаем U_2max = U_Аmax, где

U_Аmax – максимальное допустимое входное напряжение микросхемы А1.

I_{2 max}=10.8/15+0.133+0,01=0,953 А

U_Дmax=9,26*(1.1+1.06)=19.07

Учитывая эти параметры выбираем транзистор n-p-n типа большой мощности низкой частоты КТ815B. Его основные параметры:

максимально допустимый ток коллектора I_Kmax=1,5 А;

максимально допустимое напряжение U_КЭmax=40 В;

максимальная мощность рассеивания P_Кmax=10 Вт при Т_К=25 С;

макс. Температура корпуса Т_{К max}=100 С;

коэф. усиления по току h_21Э=40 при U_КЭнас=2 В;

обратный ток коллекторного перехода I_KБО=0,05 мА;

граничная частота усиления f_ГР=3 Мгц;

емкость переходов - коллекторного С_К=60 пФ, эммиторного С_Э=75 пФ;

тепловое сопротивление переход-корпус R_Tп-к=10 С/Вт.

2.5 Определение величины дополнительного напряжения питания uд.

Напряжение питания U_Д позволяет повысить КПД стабилизатора за счет уменьшения падения напряжения на силовом транзисторе VT1.выбираемое напряжение должно обеспечивать работу транзистора VT2 и микросхемы А1 в линейном режиме.

Его минимальное значение находится как

U_Дmin U_ЭБ1+ U_ЭБ2+ U_Аmin, (2.10)

U_ЭБ1,U_ЭБ2-падения напряжения на эмиттерных переходах транзисторов VT1 и VT2 соответственно;

U_Аmin- минимальное падение напряжения на регистрирующем транзисторе микросхемы А1.

U_ЭБ= U_КЭнас,

Рассчитанное по (2.5.1.) значение должно удовлетворять соотношению

U_Дmin U_Вmin- U_Нmin, (2.11)

U_Вmin - минимально допустимое входное напряжение микросхемы А1.

В противном случае U_Дmin выбирается из(2.11)

Номинальное напряжение дополнительного источника находится по аналогии.

U_Д=U_Дmin/[(1-b_c)(1-U_П)], (2.12)

U_Дmin=2+2+4=8 В,

Данное значение удовлетворяет условию (2.11), поэтому

U_Дmin=8 В

U_Д=8/(0,9*0,96)=9,26 В

Резистор R₃ уменьшает тепловую нагрузку на транзистор VT2.при максимальной нагрузке и минимальном напряжении U_Д транзистор VT2 должен находиться в линейном режиме, поэтому

R₃( U_Дmin- U_ЭБ1- U_2нас)/I_2max, (2.13)

U_2нас- напряжение насыщения транзистора VT2

R₃(8-2-0,6)/0,953=5.66 Ом

Р _R3=0,953²*5.66=5 Вт

Выбираем резистор R₃=5.6(Ом); Р _R35(Вт)

Согласно (2.4.1.) убеждаемся в правильности выбора транзистора Р _R3 по максимально допустимым параметрам:

I_2max=0,9531,5(А);

U_2max= U_Дmax=9.2640(В)

P_2max510Вт

2.6 Расчет максимального напряжения.

Для микросхемы А1 максимальное напряжение составит

U_Аmax= U_Нmax+ U_Дmax, (2.14)

U_Аmax=9+9.26=18.2640(В)

Резистор R₂ также служит для уменьшения потерь на силовых транзисторах микросхемы А1. Его сопротивление можно найти из соотношения:

R₂( U_Дmin- U_БЭ1- U_БЭ2 -U_Аmin)/ I_Аmax, (2.15)

U_БЭ2-падение напряжения на переходе база- эмиттер транзистора VT2;

I_Аmax - максимальный ток протекающий через силовые транзисторы микросхемы А1.

I_Аmax= I_2max/h_21Э2=0,953/40=0,023 А

R₂=(8-2-2-4)/0,023=0 (Ом)

P _R2=0 мВт

Так как R₂=0 то в нашей схеме оно не используется.

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 рисунке представлена схема выходного делителя для двух диапазонов регулирования.

Изменение параметров делителя осуществляется за счет подключения дополнительных резисторов R9-1, R 11-1.Причем, параллельное подключение 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 R10,R11) поддерживается за счет обратной связи равным напряжению U_ОП, которое формируется в микросхеме А1.

Для выходного делителя справедливы выражения

U_ОП =I_ДR_H,

U_Himax= U_ОП (R_B+ R10+R_H)/ R_H, (2.16)

U_Himin= U_ОП (R_B+R_H)/ R_H

U_ОП – опорное напряжение;

I_Д - ток выходного делителя;

U_Himax , U_Himin - максимальное и минимальное напряжение в пределах одного диапазона;

R_B,R_H - сопротивления верхнего и нижнего плеча выходного делителя соответственно.

Для первого диапазона:

R_B1= R_9, R_Н1= R₁₁, (2.17)

Для второго диапазона

R_B2= R₉ R₉₁/( R₉+ R₉₁); R_Н2= R₁₁ R₁₁₁/( R₁₁ R₁₁₁). (2.18)

При большом числе диапазонов резисторы R_B и R_Н рассчитываются из(2.18) аналогичным образом.

Для нашего случая из (2.17), (2.18) находим:

R_B1=( U_H1min- U_ОП)/ I_Д= R₉,

R_Н1= U_ОП/ I_Д= R₁₁,

R₁₀=( U_H1max- U_H2min)/ I_Д,

R_B2=( U_H2min- U_ОП)( U_H1max- U_H1min)/[( U_H2max- U_H2min) I_Д],

R_Н2= U_ОП(U_H1max- U_H1min)/ [( U_H2max- U_H2min) I_Д].

Из полученных выражений видно, что если диапазоны регулирования выбрать равными друг другу U_H1max-U_H1min= U_H2max- U_H2min, то R_Н2= R_Н1= R11. Иначе говоря дополнительный резистор R11₁ не понадобится. Кроме того, не нужно дополнительное третье направление переключателя S1, т.е. схема упрощается.

Согласно рекомендациям по использованию микросхемы К142ЕН1 ток делителя должен быть I_Д1,5(мА), U_ОП=12(В).принимая I_Д=2(мА), U_H1min= U_H2max=18(В), находим

R₉=(5,71-12)/2=3,2 (кОм),

R₁₁=12/2=6(кОм),

R₁₀=(9-5)/2=2 кОм,

R_Н2= R₁₁, (2.19)

R₉₁=0,

R₁₁₁=.

Мощность рассеиваемая на этих резисторах, составляет

Р _R9 = I_Д² R₉=2²*10^-6*3,2*10³=12,8 мВт ,

Р _R11= (2*10^-3)²*6*10^-3=24 мВт,

Р _R10 = (2*10^-3)²*2*10^-3=8 мВт.

Выбираем резисторы типа С2-26 с низким температурным коэффициентом ТКС=10⁴ 1/С,R₉1(кОм),0,125(Вт); R₁₁=6(кОм), 0,125(Вт).В качестве R₁₀ выбираем регулировочный резистор типа СП2-2,3(кОм), 0,5(Вт) с равномерной функциональной характеристикой. Для коммутации питающего напряжения, в качестве переключателя S1 и 4 направления типа ПГК2114Н ЕЩО360.0,37ТУ.