2.8 Расчет цепи защиты от перегрузки по току

Потенциал на базе защитного транзистора VT9 (вывод 11 микросхемы A1) можно определить как U₁₁=U_Э1+U_БЭ1–U_R8, где U_Э1 – напряжение на эмиттере транзистора VT1; U_БЭ1 – напряжение между базой и эмиттером транзистора VT1; U_R8 – падение напряжения на резисторе R8.

Учитывая, что U_R8=(U_БЭ1+U_VD)·R8/(R8+R9), имеем U₁₁=U_Э1+U_БЭ1–(U_БЭ1+U_VD)·R8/(R8+R9), где U_VD – падение напряжения на VD5. Потенциал на эмиттере защитного транзистора VT9 (вывод 10 микросхемы A1) можно определить как U₁₀=U_Э1–I_H·R10, где I_H – ток нагрузки стабилизатора. Отсюда напряжение база-эмиттер защитного транзистора VT9:

(2.21)

Для режима короткого замыкания уравнение цепи защиты принимает вид:

(2.22)

где I_Б9 – ток базы защитного транзистора VT9 (A1); I_8,9 – ток делителя R8, R9.

Из полученных уравнений (20) и (21), задавшись величинами I_H=I_Hmax, I_КЗ, I_8,9 и выбрав U_VD, R10, R11, можно определить R8, R9.

Сначала выберем резистор R10, обеспечивающий измерение тока нагрузки. Согласно данным /6/ напряжение отпирания защитного транзистора VT9 микросхемы A1 составляет U_БЭ9=0,7 В, поэтому можно принять

(2.23)

В рассматриваемом примере R10=0,7/4,8=0,146 Ом. Мощность, рассеиваемая на резисторе P_R10=0,7·4,84 Вт. Из /13/ выбираем прецизионный проволочный резистор типа С5–16МВ, 0,15 Ом 1%, 5 Вт (рис. 8). Его габаритные параметры: D = 11, L = 32.

Напряжение смещения U_VD определяется падением напряжения на стабилитроне VD5. Чтобы U_VD незначительно зависело от параметров нагрузки, необходимо обеспечить протекающий через VD5 ток I_VD>>I_8,9, где I_8,9 – ток делителя R8, R9. Согласно рекомендациям по использованию микросхемы A1 /6, 10/ имеем I_8,90,3 мА. Отсюда выбираем ток I_VDmax=10 мА. Для надежной работы цепи защиты, U_VD принимают:

(2.24)

Согласно (2.23) и принятому току выбираем в качестве VD5 кремниевый стабилитрон 2С119А со следующими основными параметрами /12/:

Табл. 5

№ п/п	Параметры	Значение
1	Напряжение стабилизации при токе стабилизации 10 мА, В	1,9
2	Разброс напряжения стабилизации при 25 °С, В	1,71…2,09
	Разброс напряжения стабилизации при -60 °С, В	1,71…2,6
3	Температурный коэффициент стабилизации, %/К	-0,4
4	Временная нестабильность напряжения, %	±3,5
5	Дифференциальное сопротивление, не более, Ом	25
6	Минимальный ток стабилизации, мА	1
7	Максимальный ток стабилизации, мА	100
8	Рассеиваемая мощность, Вт	0,26

Габаритные размеры приведены на рис. 12.

Рис. 12. Стабилитрон 2С119А

Ток стабилитрона VD5 ограничивается резистором R11, который находится по формуле

(2.25)

В нашем случае R11=(24–0,7–1,9)/10=2,14 кОм. Мощность рассеивания составляет P_R11=10²·2,14=214 мВт. Выбираем резистор типа С2–33, R11=2 кОм, 0,25 Вт.(рис. 7), габаритные параметры: D = 3; L = 7; l = 20; d = 0,6.

Из ранее полученных уравнений (2.21) и (2.22), приняв I_H=I_Hmax, находим параметры резисторов R8, R9.

(2.25)

(2.26)

Ток короткого замыкания можно найти из соотношения

(2.28)

В нашем случае I_КЗ65/36,9=1,76 А. Принимая I_КЗ=1 А, I_8,9=1 мА, из (2.25) находим R8=(2+1·0,146–0,7)/1=1,45 кОм. Мощность, рассеиваемая на нем, P_R8=1²·1,45=1,45 мВт. Выбираем резистор типа С2–33, R8=1,5 кОм, 0,25 Вт. Из (2.26) находим R9=1,5·(2+1,9)/(2+1·0,146–0,7)–1,5=2,53 кОм. Рассеиваемая на нем мощность P_R9=1²·2,53=2,53 мВт. Выбираем резистор типа С2–33, R9=2,7 кОм, 0,25 Вт. В силу того, что параметры полупроводниковых приборов и номиналы резисторов имеют разброс, для более точной настройки цепи защиты необходимо R9 подбирать при регулировке стабилизатора.