Стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1984 года по МПК G05F1/56 

Стабилизатор постоянного напряже ния относится к электротехнике и может быть использован в качестве вторичного источника электропитания аппаратуры связи и метрологии. Известны полупроводниковые стабилизаторы постоянного напряжения с са мозащитой от перегрузок, содержащие последовательно регулирующий транзис тор, однокаскадный усилитель обратно связи, источник опорного напряжения на стабилитроне и резисторе делитель выходного напряжения и устройст so запуска 1 и 2. Для этих стабилизаторов характерны минимальные падение напряжениями потери мощности в, регулирующем элементе, максимальная простота Схемного решения, малые габариты и вес« Недостатками стабилизаторов являются невысокая стабильность выходного напряжения при изменении нагрузки и выходного напряжения и ее зависимость от условий эксплуатации, что существенно ограничивает применение известных стабилизаторов о Наиболее близким к предлах аемому является полупроводниковый стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий транзистор, включенный в силовую шину эмиттером к входному выводу, а коллектором - к выходному выводу стабилизатора, одно каскадный усилитель обратнойсвязи на транзисторе с типом проводимости, противоположным регулирующему 7 коллектором соединенным с базой регулирующего транзистора, опорный стабкли трон, один из выводов которого подключен к выходному выводу стабилизатора, токоограничительный резистор, делитель выходного напряжения, выходом соединенный с базой усилительно™ го транзистора, и стабилизирующий транзистор (с тем же типом проводимости, что и регулирующий), эмиттер которого подключен к эмиттеру усилительного транзистора, коллектор - к общей щине стабилизатора,- а база к другому выводу опорного стабилитро на JjJ . Однако стабилизатор имеет недоста точно высокую стабильность выходного напряжения при изменении тока нагруз ки и входного напряжения и не обеспечивает существенного ослабления влияния условий эксплуатации на стабильность выходного нaпpяжeннй « Это объясняется тем, что база-эмкттерный переход стабилизирующего транзистора включен последовательно с базаэмнттерннм переходом усилительного транзистора Б контур сравнения выход него напряжения с опорным; кроме тог стабилизирующий транзистор лишь утценьшает величину изменений тока и напряжения опорного стабилитрона, но устранить их полностью принципиально не может. Нестабильность выходного напряжения стабилизаторов определяется величинами динамического сопротивления опорного стабилитрона и входных сопротивлений транзисторов контура сравнения о Последнее и обуславливает невысокую эффективность в части ста бильности выходного напряжения при изменении нагрузки и входного напряженияЦель изобретения - повышение стабильности при сохранении устойчивости стабилизаторов. Поставленная цель достигается тем, что в стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий транзистор, включенный в силовую шину эмиттером к входному- выводу, а коллектором - к выходному выводу стабилизатора, усилитель обратной связи на транзисторе .с типом проводимости, противоположным регулирующему, параллельно включенную выходным выводам цепь из последовательно соединенных тркоограничительного резистора и опорного стабилитрона, один из выводов которого подключен к выходному выводу стабилизатора, делитель выходного напряжения, выходом соединенный с базой усилительного транзистора, и стабилизирующий транзистор, введены транзистор, первый и второй резисторы, введенный транзистор под- ключей в коллекторную цепь усилительного транзистора коллектором к базе регулирующего транзистора, а эмиттером через первый введенный резистор к коллектору усилительного транзистора, коллектор стабилизирующего транзистора соединен с базсй введенного транзистора и с выходным выводом стабилизатора, эмиттер стабилизирующего транзистора через второй введенный резистор - с другим выводом опорного стабилитрона и эмиттером усилительного транзистора, а база - с коллектором усилительного транзистора, причем .усилительный, стабилизирующий и введенный транзисторы имеют один и тот же тип прово.римостИо С лдность изобретения состоит в исклвзчении дестабилизирующего влияния изменеккй тока усилительного транзистора на опорное напряжение стабилизатора и в уменьшении входного сопротивления усилительного кас када, а также в ослаблении, дестабилизирующего влияния входного напряжения стабилизатора на режим усилительного транзистора (на то.-с базы регулирующего транзистора) за счет того, что стабилизирующий транзистор подключен параллельно опорному стабилитрону и работает совместно с резистором в независимом от входного напряжения режиме слежения эа током усилительного транзистора, при котором изменения тока стабилиэьрующйго транзистора равны и противофаэнк изменениям тока усилительного транзистора, и за счет того, что в контур сравнения стабилизатора включен толь ко один баэа-эмиттерный переход усилительного транзистора. Это позволило существенно улучшит электрические параметры (стабильност уровень примененной составляющей выходного напряжения) стабилизаторов напряжения с самозащитой от перегрузок , практически без снижения их устойчивости; .т. е, реализовать достаточно стабильные и мощные источники напряжения при минимальном числе кас кадов усиления без применения частот но-корректирующих емкостных элементов (выходного конденсатора и конден саторов в цепи обратной связи). На чертеже приведена схема предла гаемого стабилизатора. Стабилизатор содержит регулирующий транзистор 1, включенный в силовую шину эмиттером к входному выводу стабилизатора, а коллектором - к выходному выводу стабилизатора, усилитель обратной связи на транзисторе 2 с типом проводимости, противоположным регулирующему; опорный стабилитрон 3, один из выводов которого подсоединен к выходному выводу стабилизатора, а другой - к эмиттеру усилительного транзистора, токоограничительный резистор 4, делитель выходного напряжения на резисторах 5 и б, выходомсоединенный с базой усилительного транзистора 2, стабили зирукяций транзистор 7 (такого же типа проводимости, что и усилительный) коллекторная цепь которого подключена параллельно опорному стабилитрону 3, а база - к коллектору усилительного транзистора 2 и к эмиттеру тран зистора 8 такого же типа проводимоети, что и усилительный, через резистор 9, транзисторы 2 и 7 соединены эмиттерами через резистор 10. Стабилизатор работает следующим образом. При уменьшении (увеличении) тока нагрузки или увеличении (уменьшении) входного (питсющего) напряжения Ugx стабилизатора его выходное напряжение Ugbix повышается (снижается) . Это изменение УВЫХ через опорный стабилитрон 3 передается на ограничительный резистор 4 (эмиттер усилительного транзистора 2), вызывая запирание (отпирание) транзистора 2 и уменьшение (увеличение) его коллекторного тока УК л а следовательно, коллектор ного тока транзистора 8 (тока базы регулирующего транзистора 1). Транзистор 8 работает в качестве эмиттер ного повторителя опорного напряжеHHHUof, стабилитрона 3, обеспечивая тем самым стабильное напряжение литания коллекторной цепи транзистора 2. Стабилизирующий транзистор 7 совместно с резистором 10 работает в качестве токоБОго повторителя коллекторного напряжения J 9К2 транзистора 2 . (ток эмиттера транзистора 7 повторяет изменения напряжения U) ) и питается такнсе стабильным напряжением стабилитрона 3. Поэтому режим работы транзисторов 2 и 7 (а значит и ток опорного стабилитрона 3) не, зависит от напряжения (J gx . Уменьшение (увеличение) тока 31 выделяется на резисторе 9, вызывая пропорциональное увеличение (уменьшение) напряжения Цдц и тока транзистора 8, Таким образом, ток транзистора 7 в процессе работы стабилизатора изменяется пропорционально и противофазно току l). Величина изменения тока транзистора 7 определяться только величиной изменения токаЗц и соотношением величин сопротивлений резисторов 9 и 10. Е личина изменения тока Jjc определяется изменением напряжения обратной связи UQC (напряжения рассогласования) , т.е. величиной изменения (нестабильности) напряжения о Так, при равенстве величин сопрстизлений резисторов 9 и 10 (без учета базовых токов транзисторов 2, 7 и нестабильности напряжения U д) изменения токов транзисторов 2 и 7 будут равны и противофазны, в результате суммарный ток 3 этих транзисторов, а следовательно, ток и напряжение опорного стабилитрона 3 не бу-дут изменяться при изменейии тока нагрузки и напряжения U в; . Практически (с -ч.еток базовых токов транзисторов 2, 7 IT нестабильности напряжения Квых) сопротивления резисторов 9 и 10 выбираются из следующего эмпирического соотношения 0,75Rt5iR g Rg(1) В этом случае изменения тока транзистора 7 будут несколько превышать изменения тока 3; и тем самым компенсировать влияние токов баз трак-, зисторов 2 и 7 и нестабильности UBb:/ на ток и напряжение опорного стабилитрона 3. Таким образом, в предлагаемой схеме полностью устраняются изменения тока и напряжения-стабилитрона 3 при изменении тока нагрузки и напряжения U ех . . Поэтому в предлагаемом стабилизаторе изменение напряжения ос (т.е. нестабильность напряжения О g) , обусловленное Практически входным сопротивлением лишь одного транзистора 2 (база-эмиттерный переход которого включен в контур сравнения опорного напряжения UQ стабилитрона 3 с частью напряжения снимаемой с резистоpa 5 делителя выходного напряжения 5 и (б) будет значительно меньше, чем в известных.

С другой стороны, поскольку повышение стабильности в предлагаемой схеме достигается без увеличения числа каскадов усиления, т.е. без введения в контур обратной связи стабилизатора дополнительных инерционных звеньев, устойчивость схемы сохраняется В1-.СОКОЙ.

Стабилизатор напряжения в сравнении с прототипом принципиально обладает значительно более широкими возможностями повышения стабильности Ug,b)xr поскольку позволяет легко (простым выбором соотношения величин сопротивлений резисторов 9 и 10 на нижнем пределе неравенства {)) компенсировать изменение напряжения Ugc за счет увеличения изменения тока транзистора 7 относительно соответствующих изменений Эти1м обеспечивается противофазное изменение суммарного тока 1 и синфазное изменение тока опорного стабилитрона 3 относительно изменений результате (за счет динамического сопротивления стабилитрона 3,. сравнимого по величине с входным сопротивлением транзистора 2) напряжение Uon будет изменяться синфазно с током стабилитрона 3 и напряжением UQC , компенсируя изменение этого напряжения. При этом суммарное изменение напряжений Uof, и UQ , а следовательно, нестабильность U вь|х принципиально могут быть сделаны равными нулю. Эффект компенсации не зависит от режима работы стаб}1лнзатора (от тока нагрузки и входного напряжения) и разброса параметров регули5 рующего транзистора 1, слабо зависит от температуры окружающей среды (поскольку компенсирующая связь осу, ществляется по изменению тока усили тельного транзистора 2 - самой непо0 средственной причине изменения напряжений Uac и Uofj , а следовательно tleuix благодаря чему и. в этом случае обеспечивается сохранение устойчивости схемы.

Предлагаемое изобретение позволяет значительно улучшить, основные электрические параметры (стабильность и уровень переменной составлякщей выходного напряжения) стабилизаторов напряжения с самозащитой от перегрузок (за счет устранения изменения тока и напряжения опорного стабилитрона при одном транзисторе в контуре сравнения стабилизатора) ; создать достаточно стабильные и мощные источники постоянного напряжения, обладающие минимальными габаритами и весом (благодаря тому, что повышение стабильности и нагрузочной способности стабилизаторов достигается без введения дополнительных каскадов усиления, т.е. с сохранением устойчивости без применения частотно-корректирунадих емкостных эле5 ментов).

СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий регулирующий транзистор, включенный в силовую шину эмиттером к входному выводу, а коллектором - к выходному выводу . стабилизатора, усилитель обратной связи на транзисторе с типом проводимости, противоположным регулирунадему параллельно включенную выходным выводам, цепь из последовательно соет диненных токоограничительнбго резистора и опорного стабилитрона, один из выводов которого подключен к выходисму выводу стабилизатора, делитель выходного напряжения, выходом соединенный с базой усилительного транзистора, и стабилизирующий транзистор, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности. при сохранении устойчивости, в него введены транзистор, первый и второй резисторы, введенный транзистор подключен в koллeктopпyю цепь усилительного транзистора коллектором к базе регулирующего транзистора, а эмиттером через первый введенный резистор к коллектору усилительного транзистора, коллектор стабилизирующего тран- § зистора соединен с базой введенного Л транзистора и с выходным выводом стабилизатора, эмиттер стабилизирующего транзистора через второй введенный резистор - с другим выводом опорного стабилитрона и эмиттером усилитель- g ного транзистора, а база - с коллектором усилительного транзистора, причем усилительный, стабилизирующий и введенный транзисторы имеют один и тот же. тип проводимости. СП 00 и F