СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА С НЕПРЕРЫВНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ Российский патент 1994 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к автоматическим системам регулирования и может быть использовано для стабилизации тока транзисторов при использовании их в качестве нагревателей, а также для питания ламп накаливания в светоизмерительных установках и ограничения бросков тока в электрических цепях постоянного тока.

Известен стабилизатор постоянного тока с непрерывным регулированием, содержащий транзистор, операционный усилитель, датчик тока, пять резисторов и два стабилизатора, причем первый вывод датчика тока, первый вывод операционного усилителя и первый вывод первого стабилитрона подключены к первому выводу для подключения источника питания постоянного тока, с вторым выводом для подключения которого соединена цепь первого силового вывода транзистора [1].

Недостатком этого стабилизатора является большая величина синфазного сигнала на входе операционного усилителя при работе в режиме стабилизации тока, что снижает устойчивость работы схемы.

Наиболее близким к предложенному техническим решением является стабилизатор постоянного тока с непрерывным регулированием, содержащий транзистор, операционный усилитель, датчик тока, пять резисторов и два стабилитрона, причем первый вывод датчика тока, первый вывод питания операционного усилителя и первый вывод первого стабилитрона подключены к первому выводу для подключения источника питания постоянного тока, с вторым выводом для подключения которого соединены цепь первого силового вывода транзистора и первый вывод первого резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом первого стабилитрона, второй вывод датчика тока соединен с первым выводом второго стабилитрона, второй вывод которого подключен к первому выводу второго резистора и первому входу операционного усилителя, первые выводы третьего и четвертого резисторов соединены между собой и подключены к второму входу операционного усилителя, пятый резистор включен в цепь между выходом операционного усилителя и управляющим входом транзистора [2].

Этот стабилизатор имеет недостаточно высокую надежность работы, так как для его функционирования необходимо последовательное включение усилительных каскадов с большим коэффициентом усиления, что снижает устойчивость работы схемы и может привести к возникновению автоколебаний на выходе стабилизатора.

Для повышения надежности работы стабилизатор постоянного тока с непрерывным регулированием, содержащий транзистор, операционный усилитель, датчик тока, пять резисторов и два стабилитрона, причем первый вывод датчика тока, первый вывод питания операционного усилителя и первый вывод первого стабилитрона подключены к первому выводу для подключения источника питания постоянного тока, с вторым выводом для подключения которого соединены цепь первого силового вывода транзистора и первый вывод первого резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом первого стабилитрона, второй вывод датчика тока соединен с первым выводом второго стабилитрона, второй вывод которого подключен к первому выводу второго резистора и первому входу операционного усилителя, первые выводы третьего и четвертого резисторов соединены между собой и подключены к второму входу операционного усилителя, пятый резистор включен в цепь между выходом операционного усилителя и управляющим входом транзистора, согласно изобретению снабжен шестым резистором, включенным между выводом пятого резистора, связанного с выходом операционного усилителя, и вторым выводом для подключения источника питания, при этом вторые выводы второго и третьего резисторов и второй вывод питания операционного усилителя соединены между собой и подключены к второму выводу первого стабилитрона и второму выводу первого резистора, второй вывод четвертого резистора соединен с первым выводом для подключения источника питания, а второй силовой вывод транзистора подключен к второму выводу датчика тока и первому выводу второго стабилитрона.

В схему стабилизатора может быть введен нагрузочный элемент, включенный в цепь первого силового вывода транзистора.

На чертеже приведена электрическая схема стабилизатора.

Стабилизатор постоянного тока с непрерывным регулированием содержит транзистор 1, операционный усилитель 2, датчик 3 тока, первый 4, второй 5, третий 6, четвертый 7 и пятый 8 резисторы, а также первый 9 и второй 10 стабилитроны. Первый вывод датчика 3 тока, первый вывод питания операционного усилителя 2 и первый вывод первого стабилитрона 9 подключены к первому выводу для подключения источника питания, с вторым выводом для подключения которого соединены цепь первого силового вывода транзистора 1 и первый вывод первого резистора 4.

В варианте выполнения стабилизатора, представленном на чертеже, в качестве транзистора 1 используется биполярный транзистор типа p-n-p, первый и второй выводы стабилизатора для подключения к источнику питания соединены соответственно с положительным и отрицательным выводами источника питания, первый вывод первого стабилитрона 9 соединен с анодом этого стабилитрона, а первый силовой вывод транзистора 1 - с коллектором этого транзистора.

Второй вывод первого резистора 4 соединен с вторым выводом первого стабилитрона 9, т.е. с его анодом. Второй вывод датчика 3 тока соединен с первым выводом второго стабилитрона 10, к которому подключен катод этого стабилитрона. Второй вывод второго стабилитрона 10, соединенный с анодом этого стабилитрона, подключен к первому выводу второго резистора 5 и первому (неинвертирующему) входу операционного усилителя 2. Первые выводы третьего 6 и четвертого 7 резисторов соединены между собой и подключены к второму (инвертирующему) входу операционного усилителя 2. Пятый резистор 8 включен в цепь между выходом операционного усилителя 2 и управляющим входом, т.е. базой, транзистора 1. Стабилизатор снабжен шестым резистором 11, включенным между выводом пятого резистора 8, связанным с выходом операционного усилителя 2, и вторым выводом стабилизатора для подключения источника питания. Вторые выводы второго 5 и третьего 6 резистора и второй вывод питания операционного усилителя 2 соединены между собой и подключены к второму выводу первого стабилитрона 9, соединенному с его анодом, и второму выводу первого резистора 4. Второй вывод четвертого резистора 7 соединен с первым выводом для подключения источника питания. Второй силовой вывод транзистора 1, соединенный с его эмиттером, подключен к второму выводу датчика 3 тока и первому выводу второго стабилитрона 10, соединенному с катодом этого стабилитрона.

Схема стабилизатора может содержать нагрузочный элемент 12, включенный в цепь первого силового вывода транзистора 1, т.е. в цепь коллектора транзистора.

При помощи шестого резистора 11 задается суммарный ток в цепи коллектора транзистора 1 и выходной цепи операционного усилителя 2, обеспечивающий линейность регулирования в заданном диапазоне изменения нагрузки стабилизатора и напряжения источника питания. При помощи пятого резистора 8 снижается влияние нелинейности сопротивления перехода эмиттер - база транзистора 1 на выходные характеристики стабилизатора.

Стабилизатор может использоваться для стабилизации тока транзисторов, используемых в качестве нагревателей. В этом случае транзистор 1 является одновременно нагревателем, а его коллектор соединяется с выводом стабилизатора, подключенным к выводу отрицательной полярности источника питания постоянного тока. При использовании стабилизатора для стабилизации тока различных потребителей электроэнергии, например ламп накаливания в светоизмерительных приборах, нагрузка 12 включается между выводом стабилизатора, подключенным к выводу отрицательной полярности источника питания, и коллектором транзистора 1.

Стабилизатор работает следующим образом.

При подключении стабилизатора к источнику питания постоянного тока в цепи коллектор - эмиттер транзистора 1 устанавливается ток, заданный при выборе параметров и настройке схемы. Напряжение между входами операционного усилителя 2, т.е. дифференциальное напряжение, близко к нулю. Часть тока, протекающего по шестому резистору 11, ответвляется в выходную цепь операционного усилителя 2, а другая - в цепь базы транзистора 1, чем обеспечивается протекание в цепи коллектор - эмиттер этого транзистора заданного тока.

При уменьшении напряжения источника питания или увеличении сопротивления нагрузки 12 уменьшается ток в цепи коллектора транзистора 1 и падение напряжения на датчике 3 тока. При этом увеличивается напряжение на неинвертирующем входе операционного усилителя 2 (относительно отрицательного вывода питания этого усилителя), напряжение на выходе усилителя 2 возрастает также относительно отрицательного вывода питания этого усилителя. Уменьшается ток в выходной цепи операционного усилителя 2, что приводит к увеличению тока базы транзистора 1. В результате этого процесса восстанавливается заданное значение тока в цепи коллектора транзистора 1, а дифференциальное напряжение на входе операционного усилителя вновь становится близким к нулю. Таким образом, по принципу работы стабилизатор относится к регуляторам компенсационного действия.

При увеличении напряжения источника питания или уменьшении сопротивления нагрузки 12 увеличиваются ток в цепи коллектора транзистора 1 и падение напряжения на датчике 3 тока. При этом уменьшается напряжение на неинвертирующем входе операционного усилителя 2 (относительно отрицательного вывода питания этого усилителя), напряжение на выходе усилителя 2 уменьшается также относительно отрицательного вывода питания этого усилителя. Увеличивается ток в выходной цепи операционного усилителя 2, что ведет к уменьшению тока базы транзистора 1. В результате этого процесса восстанавливается заданное значение тока в цепи коллектора транзистора 1, а дифференциальное напряжение на входе операционного усилителя 2 вновь становится близким к нулю.

Использование предлагаемого технического решения позволяет повысить надежность и устойчивость работы стабилизатора постоянного тока с непрерывным регулированием за счет упрощения схемы.

Использование: для стабилизации тока транзисторов при использовании их в качестве нагревателей, для питания ламп накаливания и для ограничения бросков тока в цепях постоянного тока. Сущность изобретения: устройство содержит транзистор 1, операционный усилитель 2, датчик 3 тока, шесть резисторов 4 - 8, 11 и два стабилитрона 9 и 10. Устройство может содержать нагрузочный элемент 12, включаемый в коллекторную цепь транзистора 1. Устройство обладает высокой надежностью и устойчивостью работы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА С НЕПРЕРЫВНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ, содержащий транзистор, операционный усилитель, датчик тока, пять резисторов и два стабилитрона, при этом первый вывод датчика тока, первый вывод питания операционного усилителя и первый вывод первого стабилитрона подключены к первому выводу для подключения источника питания постоянного тока, с вторым выводом для подключения которого соединены цепь первого силового вывода транзистора и первый вывод первого резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом первого стабилитрона, второй вывод датчика тока соединен с первым выводом второго стабилитрона, второй вывод которого подключен к первому выводу второго резистора и первому входу операционного усилителя, первые выводы третьего и четвертого резисторов соединены между собой и подключены к второму входу операционного усилителя, пятый резистор включен в цепь между выходом операционного усилителя и управляющим входом транзистора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы, он снабжен шестым резистором, включенным между выводом пятого резистора, связанным с выходом операционного усилителя, и вторым выводом для подключения источника питания, при этом вторые выводы второго и третьего резисторов и второй вывод питания операционного усилителя соединены между собой и подключены к второму выводу первого стабилитрона и второму выводу первого резистора, второй вывод четвертого резистора соединен с первым выводом для подключения источника питания, а второй силовой вывод транзистора подключен к второму выводу датчика тока и первому выводу второго стабилитрона. 2. Стабилизатор по п.1, отличающийся тем, что в него введен нагрузочный элемент, включенный в цепь первого силового вывода транзистора.