3.1 控制环节设计
控制环节回路等效图如图2和图3所示,其中图2为比例电压增益原理图,图3为电流放大原理图。
按照图2和图3,可得出控制环节回路方程:
式中,Irg为运放UA的输出端1的输出控制电流。
由式(2)可知,Irg通过控制VQ2啦的电流IC2控制VQ1的基极电流,IB1,R8控制调节管VQ2,进而控制VQ1的输出电流IC1,VQ2是与 VQ1形成串联负反馈,无需进一步放大VQ1的输出电流IC1,用R8对IC1分流。电路输出电压VCC为5 V,驱动额定负载是350 Ω,供电电源是标准7 V输出的电池。运算放大器选LM358,取R1、R2为10 kΩ,TL431电流范围是100~150 mA,选用R1=3 kΩ,符合要求。VCC=(1+R2/R1)x2.5=5 V。合理选取R8和R9的电阻值,使VQ1和VQ2均工作在线性区。
3.2 调整管的选取与静态工作点的设置
调整管VQ1和VQ2主要参数:(1)反向电压VCEO不小于Vin的2 倍的裕量;(2)最大允许电流ICM,不小于输出电流I0的2倍的裕量;(3)耗散功率PCM应在功率损耗的安全区内;通常为了安全可靠,参数应按照实际值的几倍选取。设置适当的静态工作点(即确定基极静态电流Ih,发射极电流Ie,集电极一发射极静态电压Uce),可以在保证输出稳定精度的同时使调整管的损耗最小。合适的静态工作点首先要求调整管工作在放大状态,其次要满足电网和负载波动情况下,Ib、Ie、Ucc尽量小,以减少损耗。设置静态工作点要选择合适的驱动管VQ1和偏置电阻R8、R9。VQ1的静态工作点为:
式中,Irg为运放的控制输出信号,Vin为电源电压,Vcc为5 V输出电压,RL为额定负载200Ω,VD是二极管导通电压0.7V。
由式(3)和(4)可以确定VQ2的参数,然后,计算电阻R9:
使用放大倍数β1、β2在30-80之间的调整管,放大倍数较大的调整管消耗功率较小,但稳定性降低,这里选取β为50,设计供电电源在5.2~9 V之间波动,为了防止电源电压高时烧毁调整管VQ2,加约1 kΩ的电阻R8以限流保护。