Расчет режима выходного каскада. Схема защиты транзисторов модуля оконечного каскада, страница 2

-  ключ – усилитель постоянного тока (УПТ) на комплиментарной паре транзисторов VT1 – VT2;

-  пороговое устройство, диоды и стабилитроны VD3…VD5, VD6…VD8;

-  "пережигающий" тиристор VD10 и плавкая вставка FU1;

-  сигнализатор сгорания предохранителя, светодиод VD11.

Защита от максимального тока

Режим работы ключа –УПТ, то есть номиналы всех резисторов рассчитаны так, чтобы при нормальной работе модуля оконечного каскада оба транзистора ключа находились в закрытом состоянии.

В эмиттеры транзисторов ОК включены установочные резисторы R12 и R13.

При токах проходящих через транзисторы VT3 и VT4 модуля ОК не превышающем допустимого напряжения на них  (напряжение защиты U_з) не превышало некоторого порогового значения, определяющего срабатывание схемы защиты. Если ток превысит предельно допустимый, то напряжение защиты U_з превысит некоторый предел.

Потенциал защиты через диод VD2 передается на резистор R3, создавая на нем падение напряжения, открывающий транзистор VT1. Ток его коллектора создает падение напряжения на R4 в указанной на схеме полярности. Открывается транзистор VT2, его коллекторный ток создает падение напряжения на суммарном сопротивлении R7 + R8. Потенциал "+" с резистора R7 через резистор R6 передается на базу VT1, обеспечивая большую степень его открывания, возрастает ток коллектора этого транзистора, увеличивается падение напряжения на R4 в указанной на схеме полярности, транзистор VT2 открывается сильнее и т.д.

В результате описанного лавинообразного процесса оба транзистора ключа УПТ из закрытого переходят в устойчивое полностью открытое состояние, коллекторный ток VT2 достигает некоторого максимального значения.

Сопротивление резистора R8 выбирается так, чтобы при полном открывании VT2 (I_k2 → I_k2max) падение напряжения на нем обеспечит (и несколько превысит) значение при котором тиристор VD10 открывается. Тиристор VD10 выбирается на максимальный ток, многократно превышающий ток сгорания плавкой вставки FU1. Возникший ток короткого замыкания гарантированно пережигает плавкую вставку FU1, тем самым исключая передачу коллекторного напряжения на питаемый модуль ОК. При сгорании вставки FU1 сигнальная цепочка VD11, R9 "раскорачивается", и светодиод подает сигнал о неисправности (сгорании вставки) в данном модуле.

При возрастании тока более допустимого значения через транзистор VT3 работа схемы аналогична:

-  при падении напряжения на R12 больше установочного порогового значения открывается транзистор VT2 схемы защиты, его коллекторный ток создает падение напряжения на суммарном сопротивлении R7 + R8, положительный потенциал через резистор R6 передается на базу VT2 и так далее.

Защита от максимального напряжения

В данном случае "чувствительными элементами" (датчиками) являются стабилитроны  VD4, VD5 для VT4. Их суммарное напряжение стабилизации выбирается так чтобы оно соответствовало  (не превышало) максимально допустимого напряжения коллектора транзисторов модуля ОК (∑Е_ст→Е_{ст max}).

При аварийной ситуации, когда е_к>E_max , цепочка стабилитронов (например VD6, VD7) электрически пробивается, ток стабилизации создает падение напряжения на R2, положительный потенциал которого через VT9 прикладывается к базе VT1, откладывая его и т.д.

В дальнейшем работа схемы аналогична описанному выше для защиты от максимального тока.

Аналогично описывается работа схемы и при перенапряжении на транзисторе VT3 модуля ОК: электрически пробивает стабилитроны VD4, VD5, их ток стабилизации создает падение напряжения на резисторе R1, отрицательный потенциал которого, через диод VD11 прикладывается к базе VT2 и так далее.

При резких бросках тока (напряжения) через транзисторы возможно увеличение времени срабатывания схемы защиты за счет интегрирования фонта перепада (броска) цепочкой R7 и значительной емкостью перехода "управляющий электрод-катод" тиристор VD10. Для компенсации этого явления в схеме защиты установлен ускоряющий конденсатор С1, который вместе с резистором R8 создает дифференцирующую цепь, укорачивающую длительность фронта перепада напряжения, тем самым повышается быстродействие отпирания VD10, пережигание плавкой вставки FU1, то есть в целом повышается степень защиты транзисторов модуля ОК.