СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1996 года по МПК G05F3/18 

Описание патента на изобретение RU2067312C1

Предполагаемое изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании высокостабильных источников эталонного напряжения.

Известен параметрический стабилизатор напряжения (авт. св. СССР N 849184, G 05 F 3/02, 1981), содержащий резистивный делитель напряжения, операционный усилитель, стабилитрон, ограничительный и регулировочный резисторы, два источника питания операционного усилителя и источник входного напряжения.

Недостатком известного стабилизатора является сложность конструкции из-за необходимости использования трех источников питания, причем источники питания операционного усилителя должны быть гальванически связаны от источника входного напряжения.

Наиболее близким техническим решением к предполагаемому изобретению, принятым за прототип, является параметрический стабилизатор напряжения (авт. св. СССР N 983691 G 05 F 3/18, 1982), содержащий резистивный делитель напряжения, первый крайний и средний выводы которого соединены соответственно с выходом и инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого через ограничительный резистор подключен к второму крайнему выводу резистивного делителя напряжения и через стабилитрон к первому выводу регулировочного резистора и выходной клемме, второй вывод регулировочного резистора соединен с выходной клеммой, общая шина входного и выходного напряжений соединена с выходом операционного усилителя, шина нулевого потенциала питания которого подключена к второму крайнему выводу резистивного делителя напряжения.

На фиг. 1 представлена схема известного параметрического стабилизатора напряжения. Стабилизатор содержит резистивный делитель напряжения 1, выполненный на резисторах 2 и 3, первый крайний и средний выводы резистивного делителя напряжения 1 соединены соответственно с выходом и инвертирующим входом операционного усилителя 4, неинвертирующий вход которого через ограничительный резистор 5 подключен к второму крайнему выводу резистивного делителя напряжения 1 и через стабилитрон 6 к первому выводу регулировочного резистора 7 и выходной клемме 8, второй вывод регулировочного резистора 7 соединен с входной клеммой 9, общая шина входного и выходного напряжений соединена с выходом операционного усилителя 4, шина нулевого потенциала питания которого подключена к второму крайнему выводу резистивного делителя напряжения 1.

Работает параметрический стабилизатор напряжения следующим образом. При включении напряжения питания операционного усилителя 4 и подаче входного напряжения Uвх на входную клемму 9, через регулировочный резистор 7 будут протекать два тока: ток стабилизатора 6 и ток нагрузки стабилизатора. Ток стабилитрона 6, протекая через него, формирует напряжение источника ЭДС Uo стабилитрона 6 и создает падение напряжения на дифференциальном сопротивлении стабилитрона 6, при этом можно записать:
Uвх (I8+I6)•R7 + Uo + I6•(R5 + R6) I1•(R2 + R3),
где: Uвх входное напряжение, поступающее на клемму 9;
Uo напряжение источника ЭДС стабилитрона 6;
I1 ток, протекающий через резисторы 2 и 3 делителя напряжения 1;
I6 ток, протекающий через стабилитрон 6;
I8 ток нагрузки стабилизатора, протекающий через клемму 8;
R2, R3 сопротивления резисторов 2 и 3 делителя напряжения 1;
R5 сопротивление ограничительного резистора 5;
R6 дифференциальное сопротивление стабилитрона 6;
R7 сопротивление регулировочного резистора 7.

Значение выходного напряжения стабилизатора будет определено как
Uвых Uвх (I8 + I6)•R7 Uo + 16>•(R5 + R6) I1•(R2 + R3)
Поскольку входы операционного усилителя 4 эквипотенциальны, т.е. U+ U-, можно записать: I6•R5 I1•R3, таким образом U1 16•R5/R3.

Подставив значение I1 в выражение выходного напряжения, получим:
Uвых Uo + 16•(R3•R6 R2•R5)/R3
Если выполняется условие: R3•R6 R2•R5 0, т.е. R6/R5 R2/R3, значение выходного напряжения стабилизатора будет равно значению напряжения ЭДС стабилитрона 6:
Uвых Uo
Таким образом, обладая высоким коэффициентом стабилизации, известный параметрический стабилизатор напряжения имеет недостаток: сложность конструкции из-за необходимости использования источника входного напряжения и двух гальванически отвязанных источников питания операционного усилителя.

Цель предполагаемого изобретения упрощение конструкции стабилизатора за счет сокращения количества используемых источников питания.

Поставленная цель по первому варианту достигается тем, что в параметрическом стабилизаторе напряжения, содержащем резистивный делитель напряжения, первый крайний и средний выводы которого соединены соответственно с выходом и инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого через ограничительный резистор подключен к второму крайнему выводу резистивного делителя напряжения и через стабилитрон к первому выводу регулировочного резистора, выходную и входную клеммы, первый и второй крайний выводы резистивного делителя напряжения соединены соответственно с выходной и выходной клеммами, а средний вывод с вторым выводом регулировочного резистора, первый вывод которого подключен к шине нулевого потенциала.

Поставленная цель по второму варианту достигается тем, что в параметрическом стабилизаторе напряжения, содержащем резистивный делитель напряжения, первый крайний и средний выводы которого соединены соответственно с выходом и инвертирующим входом операционного усилителя, второй крайний вывод резистивного делителя напряжения через ограничительный резистор подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя и первому выводу стабилитрона, выходную и входную клеммы, первый и второй крайние выводы резистивного делителя напряжения соединены соответственно с выходной и входной клеммами, а второй вывод стабилитрона подключен к шине нулевого потенциала.

На фиг. 2 приведена схема предлагаемого параметрического стабилизатора напряжения по первому варианту. Стабилизатор содержит резистивный делитель напряжения 1, выполненный на резисторах 2 и 3, первый крайний и средний выводы резистивного делителя напряжения 1 соединены соответственно с выходом и инвертирующим входом операционного усилителя 4, неинвертирующий вход которого через ограничительный резистор 5 подключен к второму крайнему выводу резистивного делителя напряжения 1 и через стабилитрон 6 к первому выводу регулировочного резистора 7, первый и второй крайние выводы резистивного делителя напряжения 1 соединены соответственно с выходной 8 и входной 9 клеммами, а средний вывод с вторым выводом регулировочного резистора 7, первый вывод которого подключен к шине нулевого потенциала.

Работает предлагаемый параметрический стабилизатор напряжения следующим образом. При подаче на клемму 9 входного напряжения Uвх, которое одновременно является напряжением питания операционного усилителя 4, на его входах возникают падения напряжений от токов, протекающих от источника входного напряжения через клемму 9, через ограничительный резистор 5 и резистор 3 делителя напряжения 1:
U+ (Uвх•R6 + Uо•R5)/(R5 + R6),
U- (Uвх•R2•R7 + Uвых•R3•R7)/(R2•R3 + R2•R7 + R3•R7),
где U+, U- напряжения на неинвертирующем и инвертирующем входах операционного усилителя 4;
Uвх входное напряжение, поступающее на клемму 9;
Uo напряжение источника ЭДС стабилитрона 6;
Uвых выходное напряжение, формируемое на клемме 8;
R2, R3 сопротивления резисторов 2 и 3 делителя напряжения 1;
R5 сопротивление ограничительного резистора 5;
R6 дифференциальное сопротивление стабилитрона 6;
R7 сопротивление регулировочного резистора 7.

Поскольку входы операционного усилителя 4 эквипотенциальны, т.е. U+ U-, можно определить значение выходного напряжения стабилизатора:

Если выполняется условие: R3•R6•(R2 + R7) R2•R5 •R7 0, т.е. R5/R6 R3•(R2 + R6)/R2•R7 или R5/R6 то
Uвых Uo•(1 + R2/R7)
Изменяя соотношение резисторов R2 и R7 можно установить требуемое значение выходного напряжения стабилизатора.

Таким образом, предлагаемый параметрический стабилизатор напряжения по первому варианту, обладая простотой конструкции, имеет возможность установления требуемого значения выходного напряжения.

На фиг. 3 приведена схема предлагаемого параметрического стабилизатора напряжения по второму варианту. Стабилизатор содержит резистивный делитель напряжения 1, выполненный на резисторах 2 и 3, первый крайний и средний выводы резистивного делителя напряжения 1 соединены соответственно с выходом и инвертирующим входом операционного усилителя 4, второй крайний вывод резистивного делителя напряжения через ограничительный резистор 5 подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя 4 и первому выводу стабилитрона 6, первый и второй крайние выводы резистивного делителя напряжения 1 соединены соответственно с выходной 8 и входной 9 клеммами, а второй вывод стабилитрона 6 подключен к шине нулевого потенциала.

Работает предлагаемый параметрический стабилизатор напряжения следующим образом. При подаче на клемму 9 входного напряжения Uвх, которое одновременно является напряжением питания операционного усилителя 4, на его входах возникают падения напряжения от токов, протекающих от источника входного напряжения через клемму 9 и через ограничительный резистор 5 и резистор 3 резистивного делителя напряжения 1:
U+ (Uвх•R6 + Uo•R5)/(R5 + R6),
U- (Uвх•R2 + Uвых•R3)/(R2 + R3)
Поскольку входы операционного усилителя 4 эквипотенциальны, т.е. U+ U-, можно определить значение выходного напряжения стабилизатора:

Если выполняется условие: R3•R6 R2•R5 0, т.е. R5/R6 R3/R2,
то
Uвых Uo
Таким образом, предлагаемый параметрический стабилизатор напряжения по второму варианту обладает простотой конструкции за счет обеспечения работы от одного источника питания. ЫЫЫ2

Похожие патенты RU2067312C1

название год авторы номер документа
Источник постоянного тока 1990
  • Новиков Олег Петрович
SU1815625A1
ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СТАБИЛИЗАТОР 2002
  • Кальва В.С.
  • Белоусов Е.Л.
  • Тюрин А.В.
RU2220487C1
СИГНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА 1993
  • Умников А.Ю.
  • Ященко В.А.
RU2070114C1
Малошумящее устройство стабилизации с малым падением напряжения 2023
  • Лойко Виталий Анатольевич
  • Добровольский Александр Александрович
  • Бобурков Александр Андреевич
RU2807679C1
Биполярный источник опорного напряжения Новикова 1989
  • Новиков Олег Петрович
SU1642455A1
Способ снижения уровня шума компенсационного стабилизатора постоянного напряжения с непрерывным регулированием 2021
  • Бондарь Сергей Николаевич
  • Жаворонкова Мария Сергеевна
RU2767490C1
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ РЕГУЛИРУЕМЫЙ УСИЛИТЕЛЬ 2005
  • Коровин Николай Иванович
  • Костин Андрей Николаевич
  • Матюхин Александр Ильич
RU2293435C1
КОРРЕКТОР КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ 2014
  • Харитонов Владимир Дмитриевич
RU2560103C1
РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕЦИЗИОННЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ДВУПОЛЯРНЫМ ВЫХОДОМ 1991
  • Михайловская М.Л.
  • Киселев В.В.
  • Андриевский Л.Г.
RU2037871C1
УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ФЕРРОМАГНИТНОГО СЕРДЕЧНИКА В ТЕПЛОВУЮ ИЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ 2014
  • Турышев Борис Иванович
  • Медведский Сергей Николаевич
RU2569200C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 067 312 C1

Реферат патента 1996 года СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Стабилизатор напряжения, содержит резистивный делитель напряжения, первый крайний и средний выводы которого соединены, соответственно, с выходом и инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого через ограничительный резистор подключен к второму крайнему выводу резистивного делителя напряжения, и через стабилитрон - к первому выводу регулирующего резистора выходную и входную клеммы, первый и второй крайние выводы резистивного делителя напряжения соединены, соответственно, с выходной и входной клеммами, а средний вывод - с вторым выводом регулировочного резистора, первый вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, причем отношение значения сопротивления ограничительного резистора к значению дифференциального сопротивления стабилитрона равно отношению значения сопротивления резистора делителя напряжения, соединенного с его вторым выводом к значению эквивалентного сопротивления параллельно соединенных регулировочного резистора и резистора делителя напряжения соединенного с его первым выводом. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

Формула изобретения RU 2 067 312 C1

1. Стабилизатор напряжения, содержащий резистивный делитель напряжения, первый крайний и средний выводы которого соединены соответственно с выходом и инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого через ограничительный резистор подключен к второму крайнему выводы резистивного делителя напряжения и через стабилитрон к первому выводу регулировочного резистора, выходную и входную клеммы, отличающийся тем, что первый и второй крайние выводы резистивного делителя напряжения соединены соответственно с выходной и входной клеммами, а средний вывод с вторым выводом регулировочного резистора, первый вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, причем отношение значения сопротивления ограничительного резистора к значению дифференциального сопротивления стабилитрона равно отношению значения сопротивления резистора делителя напряжения, соединенного с его вторым выводом, к значению эквивалентного сопротивления параллельно соединенных регулировочного резистора и резистора делителя напряжения, соединенного с его первым выводом. 2. Стабилизатор напряжения, содержащий резистивный делитель напряжения, первый крайний и средний выводы которого соединены соответственно с выходом и инвертирующим входом операционного усилителя, второй крайний вывод резистивного делителя напряжения через ограничительный резистор подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя и первому выводу стабилитрона, выходную и входную клеммы, причем отношение значения сопротивления ограничительного резистора к значению дифференциального сопротивления стабилитрона равно отношению значения сопротивления резистора делителя напряжения, соединенного с его вторым выводом, к значению сопротивления резистора делителя напряжения, соединенного с его первым выводом, отличающийся тем, что первый и второй крайние выводы резистивного делителя напряжения соединены соответственно с выходной и входной клеммами, а второй вывод стабилитрона подключен к шине нулевого потенциала.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1996 года RU2067312C1

Параметрический стабилизаторНАпРяжЕНия 1979
  • Зайдман Григорий Исакович
  • Ройтман Марсель Самуилович
SU849184A1
Кипятильник для воды 1921
  • Богач Б.И.
SU5A1
Параметрический стабилизатор напряжения 1981
  • Зайдман Григорий Исакович
  • Ройтман Марсель Самуилович
SU983691A1
Кипятильник для воды 1921
  • Богач Б.И.
SU5A1

RU 2 067 312 C1

Авторы

Новиков Олег Петрович

Даты

1996-09-27Публикация

1992-05-25Подача