Преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1992 года по МПК H02M7/217 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при проектировании схем преобразования формы сигналов; выпрямителей, детекторов, измерительных преобразователей,умножителей частоты и т.д.

Известны преобразователи переменного напряжения в постоянное в виде выпрямителей, содержащие входную цепь в виде трансформатора, первичная обмотка которого соединена с входными выводами для подключения источника переменного напряжения, нелинейный элемент в виде полупроводникового диода и нагрузку в виде резистора, подключенных последовательно к вторичной обмотке трансформатора.

Известны также преобразователи переменного напряжения в постоянное, в которых в качестве нелинейных элементов используются транзисторы.

Недостатками этих устройств являются ограниченные функциональные возможности ввиду однозначного применения по своему прямому назначению, это не позволяет, например, переключать дистанционно выполняемую устройствами функцию, недостатком также является недостатрчная чувствительность в области малых выпрямляемых напряжений.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство, которое содержит трансформатор, первичная обмотка которого соединена с входными выводами для подключения источника переменного напряжения, а вторичная обмотка первым выводом через коллекторно-эмиттерный переход транзистора и вторым выводом непосредственно соединена с первым и вторым выходными выводами для подключения нагрузки.

Недостатками этого устройства являются ограниченные функциональные возможности, а также недостаточная чувствительность в Области малых выпрямляемых напряжений.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения дистанционного управления функцией, выполняемой преобразователем переменного напряжения в постоянное, а также повышение чувствительности в области малых уровней входного сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что, в устройстве, содержащем трансФорматор, первичная обмотка которого соединена с входными выводами для подключения источника переменного напряжения, а вторичная обмотка первым выводом непосредственно соединена с первым и вторым выходными выводами для

подключения нагрузки, дополнительно введены источник управляющего напряжения и резистор, включенный между базой транзистора и первым выходом источника управляющего напряжения,второй выход которого соединен с вторым выводом вторичной обмотки трансформатора, а также тем, что в него введен второй транзистор, а трансформатор снабжен дополнительной вторичной обмоткой, включенной противофазно основной вторичной обмотке, причем коллектор-эмиттерный переход второго транзистора включен между свободным выводом дополнительной вторичной обмотки и первым выходным выводом, а его база через второй дополнительно введенный резистор соединена с первым выходом второго дополнительно введенного источника управляющего напряжения, второй выход которого подключен к общей точке соединения вторичных обмоток трансформатора, образующей общий выходной вывод.

Кроме того, в устройство параллельно основному транзистору включен дополнительно введенный транзистор противоположного основному типа проводимости, база которого соединена с вторым выходом второго дополнительно введенного источника управляющего напряжения, первый выход которого объединен с вторым выходом первого дополнительно введенного источника управляющего напряжения, образуя общий вывод.

Техническая сущность предложения состоит в том, что использование в устройстве биполярного транзистора, электроды коллектор-эмиттер которого включены в качестве нелинейного элемента, а база подключена к источнику управляющего на-пряжения, позволяет управлять нелинейными свойствами участка коллектор-эмиттерного транзистора. Такая возможность базируется на свойстве участка коллектор-эмиттерного транзистора вести себя или как линейное сопротивление, или как нелинейное сопротивление (диод), или как большое сопротивление (включенные встречно два диода) в зависимости от управляющего тока через один из р-п-переходов транзистора. При этом транзистор в режиме вентиля обладает термостабильной вольтамперной характеристикой, позволяющей выпрямлять сигналы, начиная с уровня в несколько милливольт. Управление нелинейными элементами в виде биполярных транзисторов позволяет, например, переключать схему двухполупериодного выпрямления в режим однополупериодного выпрямления или выключать устройство,

работающее от такого выпрямителя через выключение самого выпрямителя, что повышает экономичность. Гибкое управление предлагаемым устройством расширяет его функциональные возможности, переключая его с выполнения одной функциина другую без изменения структуры.

В предлагаемом устройстве используются нелинейные свойства участка коллектор-змиттерного транзистора, который в зависимости от управляющего тока обладает свойствами или вентиля, или малого линейного сопротивления, или свойствами двух встречно включенных р-п-переходов.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства в виде однополупериодного выпрямителя; на фиг. 2 - то же, в виде двухполупериодного выпрямителя; на фиг. 3 - вариант однополупериодного выпрямителя, позволяющего переключать поЛярность выходного напряжения; на фиг. 4 эквивалентные схемы участка коллекторэмиттерного биполярного транзистора при различных значениях управляющего тока через управляющий р-п-переход; на фиг. 5Э1 вивалентные схемы биполярного транзистора при 1упр 50 мкА; на фиг. 6 - вольт-амперная характеристика коллектор-эмиттерного участка.

Устройство (фиг, 1) содержит входную цепь 1, нелинейный элемент 2 в виде биполярного транзистора, участок коллекторэмиттер которого включен в качестве вентиля, нагрузку 3, резистор4, подключенный между базой транзистора 2 и источником 5 управляющего напряжения.

Двухполупериодный выпрямитель содержит входную цепь 1, выполненную в виде трансформатора с противофазными обмотками, два биполярных транзистора 2, включенных между обмотками трансформатора и нагрузкой 3, резисторы 4, подключающие базы транзисторов к источникам 5 управляющих напряжений (токов).

Устройство работает следующим образом.

Входное напряжение трансформируется во входной цепи 1 и поступает через нелинейный элемент 2 в виде биполярного транзистора на нагрузку 3. В зависимости от величины управляющего тока, поступающего в базу транзистора через резистор 4 от источника 5 управляющего напряжения, биполярный транзистор ведет себя или как большое сопротивление, или как малое сопротивление, или как вентиль со стабильной вольт-амперной характеристикой (фиг. 4. Эквивалентная схема биполярного транзистора в режиме слабых управляющих токов в цепи базы представлена на фиг. 5, а г

для п-р-п транзистора и б - для р-п-р транзистора. Вольт-амперные характеристики участка коллектор-эмиттерного транзистора при протекании небольшоготока (единицы, десятки микроампер) через область базы транзистора, снятые экспериментально при различной температуре, приведены на фиг. 6.

При различных управляющих токах осуществляются режимы Включено, Выключено и Выпрямление, т.е. устройство выполняет функции выпрямителя и электронного ключа под действием определенного уровня управляющего напряжения (тока).

В зависимости от уровней управляющих напряжений устройство по фиг. 2 может выполнять функции однополупериодного выпрямителя, двухполупериодного выпрямителя или функции электронного ключа.

При этом следует учитывать, что в некоторых случаях режим включения обоих транзисторов может быть неприемлем.

На фиг. 3 представлен вариант предлагаемого устройства, позволяющий под действием управляющего напряжения переключать выпрямитель с режима выпрямления напряжения положительной полярности на режим выпрямления отрицательной полярности.

Особенностью схемы на фиг. 3 является выполнение нелинейного-элемента выпрямителя в виде параллельного соединения двух биполярных транзисторов с различными типами проводимости и подключение базы каждого транзистора через резисторы к различным источникам управляющего напряжения или к одному источнику управляющего напряжения, позволяющему получать напряжения различной полярности.

Предлагаемое устройство обладает широкими функциональными возможностями без изменения структуры и может найти применение преимущественно в технике

преобразования и формирования сигналов. Проведенный эксперимент показал высокую чувствительность и, как следствие, более высокий КПД при малых уровнях входных сигналов, а также высокую термостабильность (фиг. 6) предлагаемого устройства. Таким образом, не измёйяя структуры предлагаемое устройство под действием управляющего сигнала выполняет различные функции, т.е. изменяет свои качества.

Формула изобретения

1. Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого соединена с входными выводами для подключения источника переменного напряжения, а вторичная обмотка первым выводом через коллектор-эмиттерный переход транзистора и вторым выводом непосредственно соединена с первым и вторым выходными выводами для подключения нагрузки, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, повыше 1ия КПД и чувствительности в области малых выпрямляемых напряжений, дополнительно введены источник управляющего напряжения и резистор, включенный между базой транзистора и первым выходом источника управляющего напряжения, второй выход которого соединен с вторым выводом вторичной обмотки трансформатора. 2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что в него введен второй транзистор, а трансформатор снабжен дополнительной вторичной обмоткой, включенной противофазно основной вторичной обмотке, причем коллектор-эмиттерный пеиреход второго транзистора включен между свободным выводом дополнительной вторичной обмотки и первым выходным выводом, а его база через второй дополнительно введенный резистор соединена с первым выходом второго дополнительно введенного источника управляющего напряжения, второй выход которого подключен к общей точке соединения вторичных обмотоктрансформатора, образующей общий выходной вывод. 3. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что в нем параллельно основному транзистору включен дополнительно введенный транзистор противоположного типа проводимости, база которого соединена-с вторым выходом второго дополнительно введенного источника управляющего напряжения, первь1й выход которого объединен с вторым выходом первого дополнительно введенного источника управляющего напряжения, образуя общий вывод.

Изобретение относ1^гся к- радиотехнике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, повышение КПД i/iчувствительности преобразователя в области малых выпрямляемых напряжений. В преобразователь, состоящий из входной цепи 1 в виде трансформатора, нелинейного элемента 2 в виде биполярного транзистора и нагрузки 3, дополнительно введены резистор 4 и источник 5 управляющего напряжения, через которые база биполярного транзистора соединена с одним из выводов вторичной обмотки трансформатора и с одним из выходных выводов'для подключения нагрузки 3. Другой вывод вторичной обмотки трансформатора через коллектор-эмит- терный переход биполярного транзистора соединен с другим выходным выводом. Указанное включение.биполярного транзистора позволяет управлять нелинейными свойствами участка коллектор-эмиттер, придавая ему, в зависимости от управляющего тока, то свойство вентиля, то свойство двух встречно включенных р-п-переходов. 2 з.п. ф-лы, 6 щ.СОс^Зш.со о ел ел

ивх.

WX.

J+Шупр.1

дзиг.2

-IT

t

в

w

1

й

t I

я

L J.

. 3

д.к о

. .-4/

Фаз. 4

4 k

I

-cnH-o-i JT

iV II

HZZj-o I M

I ll . -I 1

J. J J

. s,3/V

S,Z - ff,6 / ,

Ф1/2.6