Стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1985 года по МПК G05F1/00 

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, может быть использовано в устройствах электропитания детекторов ионизирующего излучения и фотоэлектронных умножителей.

Известен стабилизатор постоянного напряжения ГЯ , содержащий двухтактный управляемый статический преобразователь напряжения автогенераторного типа с переключающими - ре.гулирующими транзисторами и управляющим транзистором в базовых цепях, выпрямитель с фильтром, источник эталонного напряжения и усилигель рассогласования в цепи обратной СВЯЗИ} трансформатор с дополнительной.обмоткой со средней точкой, включенной через двухполупериодный диодный выпрямитель на ре Эистор, подсоединенный между базой управляющего транзистора и средней точкой резистивного делителя на входе преобразователя.

Недостатком устройства является низкая стабильность выходного напфяжения в области малых выходных мощностей и токов нагрузки.

Наиболее близким к предлагаемому является стабилизатор постоянног напряжения 2, содержащий двухтактный управляемый статический преобразователь напряжения автогенераторного типа с переключающими транзисторами, объединенными эмиттерами, соединенными с общей шиной стабилизатора, управляющим транзистором, соединенным эмиттером с входным выводом стабилизатора и трансформатором, обмотка обратной связи которого средней точкой соединена с коллектором управляющего транзистора, крайними вьшодами - с базами переключающих транзисторов , а вторичная обмотка подключена к выпрямител первый вывод которого соединен с общей шиной стабилизатора, а второй - с выходным выводом стабилизатора, соединенным через первый резистор со стоком первого полевого транзистора и затвором второго полевого транзистора, исток которого поклк)чен к базе управляющего транзистора, затвор - к катоду первого диода, подключенного анодом к входному выводу стабилизатора, а сток через второй резистор соединен с общей шиной, соединенной через третий резистор с истоком первого полевого 1 ранзистора.

Недостатком известного стабилизатора постоянного напряжения является низкая термостабильность выходного напряжения, обусловленная температурным уходом параметров его узлов.

Целью изобретения является улучшение температурной стабильности выходного напряжения стабилизатора

Указанная цель достигается тем, что в стабилизатор постоянного напряжения, содержащий двухтактный управляемый статический преобразователь напряжения автогенераторного типа с переключающими транзисторами объединенными эмиттерами, соединенными с общей шиной, управляюа1им транзистором, соединенным эмиттером с входным вьшодом стабилизатора и трансформатором; обмотка обратной связи которого средней точкой соединена с коллектором управляющего транзистора, крайними выводами - с базами переключаюищх транзисторов, а вторичная обмотка подключена к выпрямителю, первьш вывод которого соединен с общей шиной, а второй с выходным вьшодом, соединенным через первый резистор со стоком первого полевого транзистора и затвором второго полевого транзистора, исток которого подключен к базе управляющего транзистора, затвор к катоду первого диода, подключенного анодом к входному выводу, а сток через второй резистор соединен с общей шиной, соединенной через третий резистор с истоком первого полевого транзистора, введен второй диод и два дополнительных резистора причем анод второго диода подключен к затвору указанного первого полевого транзистора, а катод - к указанной общей шине, один из выводов первого дополнительного резистора соединен с указанным входным выводом, а второй - с затвором первого полевого транзистора и с одним из вьгеодов второго дополнительного резистора, другой вывод которого соединен с общей шиной.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема стабилизатора постоянного напряжения.

Вторичная обмотка 1 трансформатора 2 двухтактного управляемого 3 статического преобразователя 3 напряжения автогенераторного типа с переключающими транзисторами 4 и 5, управляющим транзистором 6 соединена с выпрямителем 7, один из выводов 8 которого соединен с общей шиной 9 стабилизатора,а другой вывод 10 подсоединен к выходному выводу 11 стабилизатора и через первьй резистор 12 соединен со стоком первого полевого транзистора 13, затвором второго полевого транзистора 14. Исток второго полевого транзистора 14 подключен к базе упЧ равляющего транзистора 6, а сток его через второй резистор 15 соединен с общей шиной 9 и через конденсатор 16 со своим эатвором и катодо первого диода 17, анод которого под ключен к входному выводу 18 стабили затора. Эмиттеры переключающих тран зисторов 4 и 5.объединены, через че вертый резистор 19 подключены к отрицательной шине питания 9 и через конденсатор 20 соединены с базой управляющего транзистора 6. Исток транзистора 13 в цепи обра ной связи через третий резистор 21 соединен с общей шиной первичного питания 9. Затвор первого полевого транзистора 13 соединен с анодом вт рого диода 22, а катод второго диод 22 соединен с общей шиной 9. Затвор первого полевого транзистора 13 сое динен с первыми выводами дополнител ных резисторов 23 и 24, причем второй вывод резистора 23 соединен с входным выводом 18 стабилизатора, а второй вывод резистора 24 - с общей шиной 9. Обмотка 25 обратной связи трансформатора 2 соединена средней точкой с коллектором транзистора 6, а крайними вьшодамй - с базами тран зисторов 4 и 5. Стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом. Выходное напряжение стабилиза-. тора при замкнутой цепи обратной свя зи в соответствии с фиг. 1 может быть записано: вих . R «

tfj(j( - вьпсодное напряжение стабилизатора постоянного напряжения,

t)ot- ток в цепи делителя обратной связи;

UoTC - напряжение отсечки трангдезистора в цепи делителя обратной связи. 094 сч- напряжение сток-исток транзистора 13 Rfj- сопротивление резистора 12 в цепи стока транзистора 1з; йц- сопротивление резистора 21 в цепи истока транзистора 13. Для высоковольтных стабилизатот ров с выходными напряжениями единицы киловольт напряжениями e.м , Уо.с д Rj-f можно пренебречь, поскольку последние составляют единицы вольт по сравнению с о. В этом случае выходное напряжение может быть записано в вцце: вмх ., а его температурное изменение .7 4i. .c ЦТ f rfT т.е. при разомкнутой обратной связи температурная стабильность выходного напряжения обусловлена температурным уходом выпрямителя 7. переключающих транзисторов 4 и 5, управляющего и регулирующего транзисторов , а при замкнутой цепи отрицательной обратной связи температурная стабильность выходного напряже,ния улучшается и определяется в основном цепью обратной связи. При использовашш термостабильного резистора 1(2 в цепи обратной связи выходное напряжение стабилизатора может быть записано в функции тока в цепи делителя выходного напряжения, а термостабильность выходного напряжения будет определяться изменением этого тока при изменении окружающей температуры, т.е. можно записать: .R - где Т- окружающая температура. Ток в цепи делителя обратной связи может быть записан в виде: г.,/ UoTC f. J 4Jc, с.ч чж;;;:)- UOTC J mttf максимальное значение тока стока транзистора. 13, Jf напряжение на диоде 22 в цепи затвора транзистора 13. Изменение тока в цепи делителя обратной.связи при изменении температуры может быть охарактеризовано температурным коэффициентом: .г. W, где f j температурный коэффициент тока стока транзистора в цепи обратной связиj температурный коэффициент подвижности f температурный коэффициент напряжения отсечки, .Ос- ток стока транзистора 13 температурный коэффициент тока в цепи обратной связи, вызванный температурным дрейфом диода. . 1 с13 . Jo.cJTTr dLj,J - - -где уи- подвижность носителей притемпературе То , П- коэффициент, зависящий от исходного полупроводникового материала и типа его про водимости. Для полевых транзисторов с р-П-переходом и П -каналом значение коэффициента, П 1,5i nEiG-} ik- i« i - fif где У - контактная разность потенци лов. -тт - температурное изменение тока в цепи делителя обратной связи, вызванное температурным дрейфом ди да. ,. . - IA , У где i%- температурный уход перехода диода, УА - (2,2 2,4) мВ на . Из приведенного выражения для 7од: очевидно, что температурная стабильность тока в цепи обратной связи, а следовательно и выходного напряжения устройства тем лучше, чем меньше коэффициент о()о при работе в областях ниже температурно стабильной точки. Предположим теперь, что изменилась окружакнцая температура. Пусть она изменится в сторону увеличения. Как видно из сток - затворных характеристик полевых транзисторов и приведенных формул, преобладает температурное изменение тока стока за счет изменения контактной разности потенциалов по сравнению с изменением тока стока за счет изменения подвижности носителей, т.е. Prif .. . ., 1.2 /г„,. ток стока стремится к увеличению, поскольку коэффициент 7о.. имеет отрицательное значение, ив соответствии с этим уменьшается изменение выходного напряжения при увеличении окружающей температуры. Если температурньш уход выходного напряжения имеет другой знак, т.е. при уменьшении окружающей температуры, выходное напряжение уменьшается , то выбирая положение рабочей точки выше температурностабильной, где преобладает изменение тока стока (тока в цепи обратной связи) за изменением подвижности носителей, T.e.ciCj(,HMeeT пол- жительное значение, то вновь произойдет температурная компенсация. Степень термостабилизации в предлагаемом устройстве может быть изменена соотношением резисторов 23 и 24, а значение выходного напряжения изменением резисторов 12 и 21. Используя паспортные данные диодов и полевых транзисторов, можно подсчитать температурньй уход выходного напряжения. Без температурной компенсации последний составляет в среднем до 0,5% на 10°С, а при температурной компенсации до 0,1.5% на , т.е. улучшение составляет более, чем в два раза.

Таким образом, П1 ёдлагаемый стабилизатор nocTOHHHofo напряжения позволяет обеспечит, температурную

компенсацио ухода выходного напряжения стабилизатора при любой комбинации параметров его элементов.

СТАБШШЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНКЯ, содержащий двухтактный управляемый статический преобразователь напряжения автогенераторного типа с перекхпочающими транзисторами, объединенными змиттерами, соединенными с общей шиной, управляющим транзистором, соединенным эмиттером с входным выводом стабилизатора и трансформатором, обмотка обратной связи которого средней точкой соединена с коллектором управляющего транзистора, вьбэодами с базами переключающих транзисторов , а вторичная обмотка подключена к выпрямителю, первый вывод которого соединен с о(й шиной, а второй - с выходным выводом, соединенным через первый резистор со стоком первого полевого транзистора и затвором второго полевого транзистора, исток которого подключен к базе управляящего транзистора, затвор - к катоду первого диода, подключенного анодом к входному выводу, а сток через второй резистор соединен с общей шиной, подключенной через третий резистор к истоку первого полевого транзистора, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью улучшения температурной стабильности стабилизатора постоянного напряжения, он снабжён вторым, диодом и двумя дополнительными ре(Л зисторами, причем анод второго диода подключен к затвору указанного первого полевого транзистора, а катод - к указанной общей шине, § один и выводов первого дополнительного резистора соединен с указанным входным выводом, а другой с затвором первого .полевого транзистора и с одним из выводов втосх рого дополнительного резистора, друсо о со той вывод которого соединен с общей шиной.