Стабилизатор напряжения Российский патент 2023 года по МПК G05F1/569 

Уровень техники

Известен стабилизатор напряжения (а.с. 1423991, G05F 1/569), содержащий: составной элемент; источник опорного напряжения; выходной конденсатор; делитель выходного напряжения; первый каскад усилителя рассогласования; разделительный диод; коллекторный резистор; транзистор второго каскада усилителя рассогласования; транзистор первого каскада усилителя рассогласования; стабилитрон; резистор; силовой транзистор составного регулирующего элемента; согласующий транзистор составного регулирующего элемента; резистор источника опорного напряжения; стабилитрон источника опорного напряжения; резистор делителя напряжения; диод управляющего напряжения; резистор управляющего напряжения.

Недостатком данного устройства является то, что при коротком замыкании на выходе регулирующий элемент работает в линейном режиме, то есть переходит в режим стабилизации тока. Мощность рассеяния регулирующего элемента в этом режиме обычно превышает мощность рассеяния в рабочем режиме, поэтому замыкание приводит к выходу из строя регулирующего элемента. Кроме того при большой выходной мощности, ток и мощность короткого замыкания достигают значительных величин, что ограничивает область его применения.

Наиболее близким аналогом-прототипом к заявляемому техническому решению является стабилизатор напряжения (патент RU №2472202, МПК G05F 1/10).

Стабилизатор напряжения содержит: составной регулирующий элемент; источник опорного напряжения; первый каскад усилителя рассогласования; делитель выходного напряжения; биполярный транзистор n-p-n-типа и резистор, выполняющие функции второго каскада усилителя рассогласования; выходной конденсатор; разделительный диод; диод, резистор, защитный биполярный транзистор p-n-p-типа, при этом: первые выводы составного регулирующего элемента и источника опорного напряжения подключены к входному выводу положительной полярности стабилизатора; второй вывод составного регулирующего элемента и первые выводы источника опорного напряжения, первого каскада усилителя рассогласования, делителя выходного напряжения, выходного конденсатора, катод диода, подключены к выходному выводу положительной полярности стабилизатора; вторые выводы источника опорного напряжения, первого каскада усилителя рассогласования, делителя выходного напряжения, выходного конденсатора, катод защитного биполярного транзистора p-n-p-типа, второй вывод резистора, являющегося вторым выводом второго каскада усилителя рассогласования, подключены к выводу отрицательной полярности стабилизатора; эмиттер защитного биполярного транзистора p-n-p-типа подключен к третьему выводу источника опорного напряжения, четвертый вывод которого соединен с базой биполярного транзистора n-p-n-типа, служащей третьим выводом второго каскада усилителя рассогласования; третий вывод составного регулирующего элемента соединен с коллектором биполярного транзистора n-p-n-типа, служащим первым выводом второго каскада усилителя рассогласования, четвертый вывод которого, образованный соединением первого вывода резистора и эмиттера биполярного транзистора n-p-n-типа, соединен с катодом разделительного диода; анод разделительного диода соединен с третьим выводом первого каскада усилителя рассогласования, четвертый вывод которого соединен с третьим выводом делителя выходного напряжения; база защитного биполярного транзистора p-n-p-типа через резистор соединена с анодом диода.

Составной регулирующий элемент содержит силовой и согласующий транзисторы p-n-p-типа, два резистора и конденсатор, при этом эмиттер силового транзистора p-n-p-типа и первые выводы обоих резисторов служат первым выводом регулирующего элемента, вторым выводом которого служат коллекторы обоих транзисторов и второй вывод конденсатора, а третьим выводом, являющимся входом управления, служат первый вывод конденсатора, второй вывод второго резистора и база согласующего транзистора p-n-p-типа, эмиттер которого соединен с базой силового транзистора p-n-p-типа и вторым выводом первого резистора.

Источник опорного напряжения содержит два резистора и стабилитрон, при этом анод стабилитрона служит вторым выводом источника опорного напряжения, а катод, совместно со вторым выводом первого резистора и первым выводом второго резистора - третьим выводом, второй вывод второго резистора - четвертым выводом, первый вывод первого резистора - первым выводом источника опорного напряжения.

Делитель выходного напряжения содержит три резистора, второй из которых переменного сопротивления, при этом первый вывод первого резистора и второй вывод третьего резистора служат, соответственно, первым и вторым выводами делителя выходного напряжения, третьим выводом которого является соединение второго вывода первого резистора, первого и второго выводов второго резистора, третий вывод которого соединен с первым выводом третьего резистора.

Первый каскад усилителя рассогласования содержит резистор, стабилитрон, биполярный транзистор p-n-p-типа, при этом катод стабилитрона служит первым выводом первого каскада усилителя рассогласования, вторым выводом которого служит первый вывод резистора, второй вывод которого соединен с анодом стабилитрона и эмиттером биполярного транзистора p-n-p-типа, катод и база которого служат, соответственно, третьим и четвертым выводами первого каскада усилителя рассогласования.

Недостатком данного устройства являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные:

- низким коэффициентом стабилизации по напряжению;

- низкой надежностью.

Низкая надежность обусловлена:

- реализацией составного регулирующего элемента на базе биполярных транзисторов, приборов, управляемых током, собственное энергопотребление которых, а значит, и тепловой режим напрямую связан с величиной коммутируемого тока;

- неэффективным управлением процесса запирания составного регулирующего элемента в случае перегрузки стабилизатора.

Раскрытие изобретения

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к расширению функциональных возможностей.

Технический результат достигается тем, что в стабилизатор напряжения содержащий: источник опорного напряжения, в состав которого входит резистор, первый вывод которого служит первым выводом источника опорного напряжения, а второй вывод подключен к четвертому выводу источника опорного напряжения; первый каскад усилителя рассогласования выполненный с использованием резистора, стабилитрона, биполярного транзистора p-n-p-типа, при этом катод стабилитрона служит первым выводом первого каскада усилителя рассогласования, вторым выводом которого служит первый вывод резистора, второй вывод которого соединен с анодом стабилитрона и эмиттером биполярного транзистора p-n-p-типа, катод и база которого служат, соответственно, третьим и четвертым выводами первого каскада усилителя рассогласования; делитель выходного напряжения, содержащий три резистора, второй из которых переменного сопротивления, при этом первый вывод первого резистора и второй вывод третьего резистора служат, соответственно, первым и вторым выводами делителя выходного напряжения, третьим выводом которого является соединение второго вывода первого резистора, первого и второго выводов второго резистора, третий вывод которого соединен с первым выводом третьего резистора; выходной конденсатор; разделительный диод; второй каскад усилителя рассогласования, в состав которого входит биполярный транзистор n-p-n-типа, резистор, второй вывод которого служит вторым выводом второго каскада усилителя рассогласования, а первый вывод совместно с эмиттером биполярного транзистора n-p-n-типа подключен к четвертому выводу второго каскада усилителя рассогласования, к первому выводу которого подключен коллектор биполярного транзистора n-p-n-типа, при этом: первые выводы первого каскада усилителя рассогласования, делителя выходного напряжения, выходного конденсатора подключены к выходному выводу положительной полярности стабилизатора; вторые выводы источника опорного напряжения, первого каскада усилителя рассогласования, делителя выходного напряжения, выходного конденсатора подключены к выводу отрицательной полярности стабилизатора; четвертый вывод источника опорного напряжения соединен с третьим выводом второго каскада усилителя рассогласования; четвертый вывод второго каскада усилителя рассогласования соединен с катодом разделительного диода, анод которого соединен с третьим выводом первого каскада усилителя рассогласования; четвертый вывод первого каскада усилителя рассогласования соединен с третьим выводом делителя выходного напряжения, введены: блок защиты; регулирующий элемент, содержащий резистор, МДП транзистор с индуцированным каналом р-типа, причем исток МДП транзистора с индуцированным каналом р-типа, соединенный с первым выводом резистора, служит первым выводом регулирующего элемента, сток - вторым, а затвор, соединенный со вторым выводом резистора - третьим; в источник опорного напряжения - управляемый программируемый стабилитрон, анод которого служит вторым выводом источника опорного напряжения, управляющий электрод - третьим, а катод подключен к четвертому выводу источника опорного напряжения; во второй каскад усилителя рассогласования - второй резистор и второй биполярный транзистор n-p-n-типа, позволяющих реализовать схему Дарлингтона, при этом коллектор второго биполярного транзистора n-p-n-типа и второй вывод второго резистора подключены, соответственно, к первому и четвертому выводам второго каскада усилителя рассогласования, база второго биполярного транзистора n-p-n-типа служит третьим вывод второго каскада усилителя рассогласования, а база и эмиттер, соответственно, первого и второго биполярных транзисторов n-p-n-типа соединены с первым выводом второго резистора; в делитель выходного напряжения - четвертый вывод, сформированный соединением третьего вывода второго резистора и первого вывода третьего резистора, причем: четвертый вывод делителя выходного напряжения соединен с третьим выводом источника опорного напряжения, первый вывод которого соединен со вторым выводом блока защиты и первым выводом регулирующего элемента; первый вывод второго каскада усилителя рассогласования соединен с третьим выводом регулирующего элемента, второй вывод которого соединен с первыми выводами первого каскада усилителя рассогласования, делителя выходного напряжения, выходного конденсатора и выходным выводом положительной полярности стабилизатора; первый вывод блока защиты подключен к входному выводу положительной полярности стабилизатора, а третий, четвертый и пятый - к выводу отрицательной полярности стабилизатора; шестой вывод блока защиты соединен со вторым выводом второго каскада усилителя рассогласования.

Блок защиты содержит: восемнадцать резисторов; операционный усилитель; два диода; биполярный транзистор p-n-p-типа; три биполярных транзистора n-p-n-типа; два оптрона, представляющих собой оптопары по типу светодиод-фототранзистор; полевой транзистор с управляющим p-n-переходом и каналом p-типа, причем первые выводы первого, второго, десятого, двенадцатого, тринадцатого резисторов, вывод питания положительной полярности операционного усилителя, коллектор третьего биполярного транзистора n-p-n-типа, коллекторы фототранзисторов первого и второго оптронов служат первым выводом блока защиты; второй вывод первого резистора и база биполярного транзистора p-n-p-типа служат вторым выводом блока защиты; вторые выводы третьего, восьмого, одиннадцатого, четырнадцатого, пятнадцатого, шестнадцатого, восемнадцатого резисторов, первый вывод шестого резистора, вывод питания отрицательной полярности операционного усилителя служат третьим выводом блока защиты; первый вывод четвертого резистора служит четвертым выводом блока защиты; исток и сток полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и каналом p-типа служат, соответственно, пятым и шестым выводами блока защиты; второй вывод второго резистора соединен с эмиттером биполярного транзистора p-n-p-типа, коллектор которого соединен с первыми выводами третьего и пятого резисторов; вторые выводы четвертого и пятого резисторов соединены с неинвертирующим входом операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен со вторым выводом шестого резистора и первым выводом седьмого резистора; выход операционного усилителя соединен со вторым выводом седьмого резистора и анодом первого диода, катод которого соединен с первыми выводами восьмого и девятого резисторов; второй вывод девятого резистора соединен со вторым выводом десятого резистора, первым выводом одиннадцатого резистора, базой первого биполярного транзистора n-p-n-типа и катодом второго диода, анод которого через семнадцатый резистор подключен к эмиттеру фототранзистора второго оптрона; коллектор первого биполярного транзистора n-p-n-типа соединен с базой второго биполярного транзистора n-p-n-типа и вторым выводом двенадцатого резистора, а эмиттер - с эмиттером второго биполярного транзистора n-p-n-типа и первым выводом четырнадцатого резистора; коллектор второго биполярного транзистора n-p-n-типа соединен с базой третьего биполярного транзистора n-p-n-типа, вторым выводом тринадцатого резистора и первым выводом пятнадцатого резистора; эмиттер третьего биполярного транзистора n-p-n-типа соединен с анодом фотодиода первого оптрона, катод которого соединен с анодом фотодиода второго оптрона; катод фотодиода второго оптрона соединен с первым выводом шестнадцатого резистора; эмиттер фототранзистора первого оптрона соединен с первым выводом восемнадцатого резистора и затвором полевого транзистора с управляющим p-n-переходом.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена функциональная схема заявляемого устройства.

На фиг. 2 представлена модель исследования параметров схемы заявляемого устройства в нормальном рабочем режиме - при отсутствии перегрузки регулирующего элемента 1 (сопротивление нагрузки 2 Ом).

На фиг. 3 представлены результаты схемотехнического моделирования заявляемого устройства - зависимость выходного напряжения стабилизатора от изменения напряжения питания (U_вх=[19,5÷24,5]) при сопротивлении нагрузки .

На фиг. 4 представлены результаты схемотехнического моделирования заявляемого устройства - зависимость выходного напряжения стабилизатора от изменения напряжения питания (U_вх=[19,5÷24,5]) при сопротивлении нагрузки .

На фиг. 5 представлены результаты схемотехнического моделирования прототипа - зависимость выходного напряжения стабилизатора от изменения напряжения питания (U_вх=[19,5÷24,5]) при сопротивлении нагрузки .

На фиг. 6 представлены результаты схемотехнического моделирования прототипа - зависимость выходного напряжения стабилизатора от изменения напряжения питания (U_вх=[19,5÷24,5]) при сопротивлении нагрузки .

На фиг. 7 представлена схемотехническая модель прототипа (сопротивление нагрузки 2 Ом).

На фиг. 8 представлена модель исследования параметров схемы заявляемого устройства в режиме защиты регулирующего элемента 1 (изменение сопротивления нагрузки с 2 Ом на 0,1 Ом).

На фиг. 9 представлены результаты схемотехнического моделирования заявляемого устройства и прототипа - зависимость выходного напряжения стабилизатора при изменении сопротивления нагрузки с 2 Ом на 0,1 Ом (напряжение питания U_вх=20 В).

На фиг. 10 представлены результаты схемотехнического моделирования заявляемого устройства и прототипа - зависимость выходного тока стабилизатора при изменении сопротивления нагрузки с 2 Ом на 0,1 Ом (напряжение питания U_вх=20 В).

Осуществление изобретения

Стабилизатор напряжения (фиг. 1) содержит: регулирующий элемент 1; источник опорного напряжения 2; выходной конденсатор 3; делитель выходного напряжения 4; первый каскад усилителя рассогласования 5; разделительный диод 6; второй каскад усилителя рассогласования 7; блок защиты 8, при этом: второй вывод блока защиты 8 соединен с первыми выводами источника опорного напряжения 2 и регулирующего элемента 1, второй вывод которого и первые выводы первого каскада усилителя рассогласования 5, делителя выходного напряжения 4, выходного конденсатора 3 подключены к выходному выводу положительной полярности стабилизатора; вторые выводы источника опорного напряжения 2, первого каскада усилителя рассогласования 5, делителя выходного напряжения 4, выходного конденсатора 3 и третий, четвертый, пятый выводы блока защиты 8 подключены к выводу отрицательной полярности стабилизатора; четвертый вывод источника опорного напряжения 2 соединен с третьим выводом второго каскада усилителя рассогласования 7, первый вывод которого соединен с третьим выводом регулирующего элемента 1; четвертый вывод второго каскада усилителя рассогласования 7 соединен с катодом разделительного диода 6, анод которого соединен с третьим выводом первого каскада усилителя рассогласования 5; четвертый вывод первого каскада усилителя рассогласования 5 соединен с третьим выводом делителя выходного напряжения 4, четвертый вывод которого соединен с третьим выводом источника опорного напряжения 2; второй вывод второго каскада усилителя рассогласования 7 соединен с шестым выводом блока защиты 8.

Регулирующий элемент 1 содержит резистор 10 и МДП транзистор с индуцированным каналом р-типа 9, исток которого и первый вывод резистора 10 служат первым выводом регулирующего элемента 1, сток - вторым, а затвор, соединенный со вторым выводом резистора 10 - третьим.

Источник опорного напряжения 2 содержит резистор 11, первый вывод которого служит первым выводом источника опорного напряжения 2, управляемый программируемый стабилитрон 12, анод которого служит вторым выводом источника опорного напряжения 2, управляющий электрод - третьим, а катод, соединенный со вторым выводом резистора 11, - четвертым.

Делитель выходного напряжения 4 содержит резисторы 13, 15 и 14, который является резистором переменного сопротивления, при этом первый вывод резистора 13 и второй вывод резистора 15 служат, соответственно, первым и вторым выводами делителя выходного напряжения 4, третьим выводом которого является соединение второго вывода резистора 13, первого и второго выводов резистора 14, третий вывод которого соединен с первым выводом резистора 15 и служит четвертым выводом делителя выходного напряжения 4.

Первый каскад усилителя рассогласования 5 содержит стабилитрон 16, катод которого служит первым выводом первого каскада усилителя рассогласования 5, резистор 17, первый вывод которого служит вторым выводом первого каскада усилителя рассогласования 5, биполярный транзистор p-n-p-типа 18, катод и база которого служат, соответственно, третьим и четвертым выводами первого каскада усилителя рассогласования 5, а эмиттер соединен со вторым выводом резистора 17 и анодом стабилитрона 16.

Второй каскад усилителя рассогласования 7 содержит резистор 22, второй вывод которого служит вторым выводом второго каскада усилителя рассогласования 7, резистор 21 и биполярные транзисторы n-p-n-типа 19, 20, соединенные по схеме Дарлингтона, при этом коллекторы транзисторов 19, 20 служат первым выводом второго каскада усилителя рассогласования 7, база транзистора 19 - третьим выводом, эмиттер транзистора 20, соединенный с первым выводом резистора 22 и вторым выводом резистора 21, - четвертым выводом второго каскада усилителя рассогласования 7, а эмиттер транзистора 19 соединен с базой транзистора 20 и первым выводом резистора 21.

Блок защиты 8 содержит: резисторы 23÷40; биполярный транзистор p-n-p-типа 41; операционный усилитель 42; диоды 43, 44; биполярные транзисторы n-p-n-типа 45÷47; оптроны 48, 49, представляющие собой оптопары по типу светодиод-фототранзистор; полевой транзистор с управляющим p-n-переходом и каналом p-типа 50, при этом: первые выводы резисторов 23, 24, 32, 34, 35, вывод питания положительной полярности операционного усилителя 42, коллектор биполярного транзистора n-p-n-типа 47, коллекторы фототранзисторов оптронов 48, 49 служат первым выводом блока защиты 8; второй вывод резистора 23 и база биполярного транзистора p-n-p-типа 41 служат вторым выводом блока защиты 8; вторые выводы резисторов 25, 30, 33, 36, 37, 38, 40, первый вывод резистора 28, вывод питания отрицательной полярности операционного усилителя 42 служат третьим выводом блока защиты 8; первый вывод резистора 26 служит четвертым выводом блока защиты 8; исток и сток полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и каналом p-типа 50 служат, соответственно, пятым и шестым выводами блока защиты 8; второй вывод резистора 24 соединен с эмиттером биполярного транзистора p-n-p-типа 41, коллектор которого соединен с первыми выводами резисторов 25, 27; вторые выводы резисторов 26, 27 соединены с неинвертирующим входом операционного усилителя 42, инвертирующий вход которого соединен со вторым выводом резистора 28 и первым выводом резистора 29; выход операционного усилителя 42 соединен со вторым выводом резистора 29 и анодом диода 43, катод которого соединен с первыми выводами резисторов 30, 31; второй вывод резистора 31 соединен со вторым выводом резистора 32, первым выводом резистора 33, базой биполярного транзистора n-p-n-типа 45 и катодом диода 44, анод которого, через резистор 39, подключен к эмиттеру фототранзистора оптрона 49; коллектор биполярного транзистора n-p-n-типа 45 соединен с базой биполярного транзистора n-p-n-типа 46 и вторым выводом резистора 34, а эмиттер - с эмиттером биполярного транзистора n-p-n-типа 46 и первым выводом резистора 36; коллектор биполярного транзистора n-p-n-типа 46 соединен с базой биполярного транзистора n-p-n-типа 47, вторым выводом резистора 35 и первым выводом резистора 37; эмиттер биполярного транзистора n-p-n-типа 47 соединен с анодом фотодиода оптрона 48, катод которого соединен с анодом фотодиода оптрона 49; катод фотодиода оптрона 49 соединен с первым выводом резистора 38; эмиттер фототранзистора оптрона 48 соединен с первым выводом резистора 40 и затвором полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и каналом p-типа 50.

Резистор 23, включенный в силовую шину последовательно с регулирующим элементом 1, выполняет функцию входного токосъемного сопротивления усилительного каскада на биполярном транзисторе p-n-p-типа 41 с сопротивлениями в цепи эмиттера - резистор 24, в цепи коллектора - резистор 25. Снятие и последующее усиление сигнала обеспечивается вычитающим (дифференциальным) усилителем на базе операционного усилителя 42 и резисторов 26÷29.

В целом, усилительные каскады на биполярном транзисторе p-n-p-типа 41 и операционном усилителе 42 выполняют функцию датчика тока регулирующего элемента 1.

Делитель сопротивления на базе резисторов 30, 31 выступает в качестве согласующего элемента с триггерным каскадом на базе транзисторов n-p-n-типа 45, 46 и резисторов 32÷36, нагруженного на эмиттерный повторитель на базе биполярного транзистора n-p-n-типа 47, резисторов 37÷40, оптронов 48, 49. Диоды 43, 44 выполняют функцию разделительных диодов.

Стабилизатор напряжения работает следующим образом.

В нормальном рабочем режиме (при отсутствии перегрузки регулирующего элемента 1) выходное напряжение датчика тока не приводит к срабатыванию триггера. Фототранзисторы оптронов 48, 49 пребывают в закрытом состоянии, обеспечивая приоткрытое состояние канала полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и каналом p-типа 50 (напряжение на затворе 141,8 мВ, фиг. 2).

В момент подачи на вход стабилизатора входного напряжения на выходе источника опорного напряжения 2 появляется напряжение, несколько меньшее, чем стабильное, которое, поступая на базу составного транзистора Дарлингтона второго каскада усилителя рассогласования 7, приоткрывает его, а тот, в свою очередь, с учетом приоткрытого состояния канала полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и каналом p-типа 50, приоткрывает регулирующий элемент 1. При этом через регулирующий элемент 1 начинает протекать ток, заряжая выходной конденсатор 3. Поскольку в момент заряда конденсатора 3 выходное напряжение мало, напряжение на выходах делителя 4 недостаточно для полного открывания управляемого программируемого стабилитрона 12 источника опорного напряжения 2, а так же биполярного транзистора p-n-p-типа 18 первого каскада усилителя рассогласования 5 и разделительного диода 6. Что в свою очередь, обеспечивает развязку первого и второго каскадов усилителя рассогласования 5, 7, но прежде всего, исключает недопустимое скачкообразное изменение тока при заряде конденсатора 3 и возможность перегрузки регулирующего элемента 1.

При заряде конденсатора 3 до уровня близкого к номинальному значению выходного напряжения стабилизатор переходит в режим стабилизации выходного напряжения:

- на выходе источника 2 устанавливается стабильное напряжение, обеспечивающее посредством составного транзистора Дарлингтона перевод регулирующего элемента 1 в режим стабилизации;

- вступают в работу первый каскад усилителя рассогласования 5, разделительный диод 6.

В зависимости от уровня напряжения на третьем выводе делителя выходного напряжения 4, посредством первого каскада усилителя рассогласования 5 и разделительного диода 6, перешедшего в открытое состояние, осуществляется изменение напряжения на резисторе 22. А значит и базо-эмиттерном переходе составного транзистора Дарлингтона, что в конечном итоге, приводит к изменению напряжения на затворе МДП транзистора с индуцированным каналом р-типа 9 регулирующего элемента 1, компенсируя изменившееся выходное напряжение.

Так как второй каскад усилителя рассогласования 7 выполнен на базе составного транзистора Дарлингтона, то это обеспечивает более высокую чувствительность каскада к изменению напряжения база-эмиттер при меньшей величине, как тока базы, так и тока коллектора составного транзистора, нежели в случае прототипа.

Тем более что регулирующий элемент 1, выполненный на базе МДП транзистора с индуцированным каналом р-типа 9, управляемый лишь напряжением, не создает второму каскаду усилителя рассогласования 7, в отличие от прототипа, шунтирующего эффекта.

На фиг. 3÷6 представлены результаты схемотехнического моделирования - зависимость выходного напряжения стабилизатора от изменения напряжения питания (U_вх=[19,5÷24,5]) и сопротивления нагрузки () предлагаемого стабилизатора напряжения, фиг. 3, фиг. 4 и прототипа, фиг. 5, фиг. 6. Анализ параметров прототипа осуществлялся на базе схемотехнической модели, представленной на фиг. 7.

Предлагаемый стабилизатор напряжения характеризуется коэффициентом стабилизации по напряжению:

- 10987 при сопротивлении нагрузки 2 Ом;

- 17521 при сопротивлении нагрузки 200 Ом.

А прототип:

- 136 при сопротивлении нагрузки 2 Ом.

- 145 при сопротивлении нагрузки 200 Ом;

То есть имеет место выигрыш в коэффициенте стабилизации по напряжению:

- 80 раз при сопротивлении нагрузки 2 Ом;

- 120 раз при сопротивлении нагрузки 200 Ом.

В случае перегрузки регулирующего элемента 1 выходное напряжение датчика тока приводит к срабатыванию триггера и запиранию канала полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и каналом p-типа 50 (напряжение на затворе 19,9 В, фиг. 8), что приводит к полному закрытию регулирующего элемента 1, фиг. 9, кривая 1.

В то время как в прототипе имеет место переходный процесс, фиг. 9, кривая 2, в течении которого имеет место значительная перегрузка составного регулирующего элемента, фиг. 10, кривая 2, что несомненно снижает надежность прототипа.

При включении стабилизатора на заранее короткозамкнутую нагрузку блок защиты 8 исключает возможность включения стабилизатора и, следовательно, прохождения через регулирующий элемент 1 броска тока.

В случае прототипа имеет место относительно низкая надежность. Это обусловлено реализацией составного регулирующего элемента на базе биполярных транзисторов. Так как биполярные транзисторы - это приборы, управляемые током, собственное энергопотребление которых, а значит, и тепловой режим, напрямую связан с величиной коммутируемого тока. А попытка снижения транзисторами собственного энергопотребления (повышения КПД устройства) за счет использования транзисторов с меньшим током базы (а значит, и меньшей допустимой мощностью рассеивания - неизбежно повысит требования к увеличению теплоотвода), повлечет снижение надежности устройства.

В то же время МДП транзисторы с индуцированным каналом характеризуются рядом преимуществ относительно биполярных транзисторов (Окснер Э.С. Мощные полевые транзисторы и их применение. - М.: Радио и связь, 1985, с. 19):

- управление напряжением (высокое сопротивление со стороны затвора, ток затвора практически равен нулю);

- высокая скорость переключения;

- почти неограниченная нагрузочная способность по выходу (если не учитывать скорость переключения);

- очень малая вероятность теплового саморазогрева;

- очень малая вероятность вторичного пробоя;

- допустимость резкого изменения тока стока.

А значит, предлагаемое устройство при той же величине стабилизируемой мощности, что и в случае прототипа, будет характеризоваться более высокой надежностью. Что в свою очередь, с учетом более высокого коэффициента стабилизации по напряжению способствует расширению функциональных возможностей предлагаемого устройства.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных устройствах электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к расширению функциональных возможностей. Стабилизатор напряжения содержит регулирующий элемент, источник опорного напряжения, выходной конденсатор, делитель выходного напряжения, первый каскад усилителя рассогласования, разделительный диод, второй каскад усилителя рассогласования, блок защиты. Регулирующий элемент содержит резистор, МДП транзистор с индуцированным каналом р-типа. Источник опорного напряжения содержит резистор, управляемый программируемый стабилитрон. Делитель выходного напряжения содержит три резистора, один из которых - переменный. Первый каскад усилителя рассогласования содержит стабилитрон, резистор, биполярный транзистор p-n-p-типа. Второй каскад усилителя рассогласования содержит два резистора, два биполярных транзистора n-p-n-типа. Блок защиты содержит восемнадцать резисторов, биполярный транзистор p-n-p-типа, операционный усилитель, два диода, три биполярных транзистора n-p-n-типа, два оптрона, представляющих собой оптопару по типу светодиод-фототранзистор, полевой транзистор с управляющим p-n-переходом и каналом p-типа. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Стабилизатор напряжения, содержащий: источник опорного напряжения, в состав которого входит резистор, первый вывод которого служит первым выводом источника опорного напряжения, а второй вывод подключен к четвертому выводу источника опорного напряжения; первый каскад усилителя рассогласования, выполненный с использованием резистора, стабилитрона, биполярного транзистора p-n-p-типа, при этом катод стабилитрона служит первым выводом первого каскада усилителя рассогласования, вторым выводом которого служит первый вывод резистора, второй вывод которого соединен с анодом стабилитрона и эмиттером биполярного транзистора p-n-p-типа, катод и база которого служат, соответственно, третьим и четвертым выводами первого каскада усилителя рассогласования; делитель выходного напряжения, содержащий три резистора, второй из которых переменного сопротивления, при этом первый вывод первого резистора и второй вывод третьего резистора служат, соответственно, первым и вторым выводами делителя выходного напряжения, третьим выводом которого является соединение второго вывода первого резистора, первого и второго выводов второго резистора, третий вывод которого соединен с первым выводом третьего резистора; выходной конденсатор; разделительный диод; второй каскад усилителя рассогласования, в состав которого входит биполярный транзистор n-p-n-типа, резистор, второй вывод которого служит вторым выводом второго каскада усилителя рассогласования, а первый вывод, совместно с эмиттером биполярного транзистора n-p-n-типа подключен к четвертому выводу второго каскада усилителя рассогласования, к первому выводу которого подключен коллектор биполярного транзистора n-p-n-типа, при этом: первые выводы первого каскада усилителя рассогласования, делителя выходного напряжения, выходного конденсатора подключены к выходному выводу положительной полярности стабилизатора; вторые выводы источника опорного напряжения, первого каскада усилителя рассогласования, делителя выходного напряжения, выходного конденсатора подключены к выводу отрицательной полярности стабилизатора; четвертый вывод источника опорного напряжения соединен с третьим выводом второго каскада усилителя рассогласования; четвертый вывод второго каскада усилителя рассогласования соединен с катодом разделительного диода, анод которого соединен с третьим выводом первого каскада усилителя рассогласования; четвертый вывод первого каскада усилителя рассогласования соединен с третьим выводом делителя выходного напряжения, отличающийся тем, что в устройство введены: блок защиты; регулирующий элемент, содержащий резистор, МДП транзистор с индуцированным каналом р-типа, причем исток МДП транзистора с индуцированным каналом р-типа, соединенный с первым выводом резистора, служит первым выводом регулирующего элемента, сток – вторым, а затвор, соединенный со вторым выводом резистора, – третьим; в источник опорного напряжения - управляемый программируемый стабилитрон, анод которого служит вторым выводом источника опорного напряжения, управляющий электрод – третьим, а катод подключен к четвертому выводу источника опорного напряжения; во второй каскад усилителя рассогласования – второй резистор и второй биполярный транзистор n-p-n-типа, позволяющие реализовать схему Дарлингтона, при этом коллектор второго биполярного транзистора n-p-n-типа и второй вывод второго резистора подключены, соответственно, к первому и четвертому выводам второго каскада усилителя рассогласования, база второго биполярного транзистора n-p-n-типа служит третьим вывод второго каскада усилителя рассогласования, а база и эмиттер, соответственно, первого и второго биполярных транзисторов n-p-n-типа соединены с первым выводом второго резистора; в делитель выходного напряжения – четвертый вывод, сформированный соединением третьего вывода второго резистора и первого вывода третьего резистора, причем: четвертый вывод делителя выходного напряжения соединен с третьим выводом источника опорного напряжения, первый вывод которого соединен со вторым выводом блока защиты и первым выводом регулирующего элемента; первый вывод второго каскада усилителя рассогласования соединен с третьим выводом регулирующего элемента, второй вывод которого соединен с первыми выводами первого каскада усилителя рассогласования, делителя выходного напряжения, выходного конденсатора и выходным выводом положительной полярности стабилизатора; первый вывод блока защиты подключен к входному выводу положительной полярности стабилизатора, а третий, четвертый и пятый – к выводу отрицательной полярности стабилизатора; шестой вывод блока защиты соединен со вторым выводом второго каскада усилителя рассогласования.

2. Стабилизатор напряжения по п. 1, отличающийся тем, что блок защиты содержит: восемнадцать резисторов; операционный усилитель; два диода; биполярный транзистор p-n-p-типа; три биполярных транзистора n-p-n-типа; два оптрона, представляющих собой оптопары по типу светодиод-фототранзистор; полевой транзистор с управляющим p-n-переходом и каналом p-типа, причем: первые выводы первого, второго, десятого, двенадцатого, тринадцатого резисторов, вывод питания положительной полярности операционного усилителя, коллектор третьего биполярного транзистора n-p-n-типа, коллекторы фототранзисторов первого и второго оптронов служат первым выводом блока защиты; второй вывод первого резистора и база биполярного транзистора p-n-p-типа служат вторым выводом блока защиты; вторые выводы третьего, восьмого, одиннадцатого, четырнадцатого, пятнадцатого, шестнадцатого, восемнадцатого резисторов, первый вывод шестого резистора, вывод питания отрицательной полярности операционного усилителя служат третьим выводом блока защиты; первый вывод четвертого резистора служит четвертым выводом блока защиты; исток и сток полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и каналом p-типа служат, соответственно, пятым и шестым выводами блока защиты; второй вывод второго резистора соединен с эмиттером биполярного транзистора p-n-p-типа, коллектор которого соединен с первыми выводами третьего и пятого резисторов; вторые выводы четвертого и пятого резисторов соединены с неинвертирующим входом операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен со вторым выводом шестого резистора и первым выводом седьмого резистора; выход операционного усилителя соединен со вторым выводом седьмого резистора и анодом первого диода, катод которого соединен с первыми выводами восьмого и девятого резисторов; второй вывод девятого резистора соединен со вторым выводом десятого резистора, первым выводом одиннадцатого резистора, базой первого биполярного транзистора n-p-n-типа и катодом второго диода, анод которого, через семнадцатый резистор, подключен к эмиттеру фототранзистора второго оптрона; коллектор первого биполярного транзистора n-p-n-типа соединен с базой второго биполярного транзистора n-p-n-типа и вторым выводом двенадцатого резистора, а эмиттер – с эмиттером второго биполярного транзистора n-p-n-типа и первым выводом четырнадцатого резистора; коллектор второго биполярного транзистора n-p-n-типа соединен с базой третьего биполярного транзистора n-p-n-типа, вторым выводом тринадцатого резистора и первым выводом пятнадцатого резистора; эмиттер третьего биполярного транзистора n-p-n-типа соединен с анодом фотодиода первого оптрона, катод которого соединен с анодом фотодиода второго оптрона; катод фотодиода второго оптрона соединен с первым выводом шестнадцатого резистора; эмиттер фототранзистора первого оптрона соединен с первым выводом восемнадцатого резистора и затвором полевого транзистора с управляющим p-n-переходом.