Устройство для стабилизации переменного тока Советский патент 1992 года по МПК H02M5/257 G05F1/44 

Фцг.1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах автоматики и различной радоиоаппаратуре, например, в качестве источника эталонного переменного тока.

Известны устройства для стабилизации переменного тока, например - по авт.св. № 1312547, кл; G 05 F 1/12; авт.св. № 498611, кл. G 05 F 1/44; пат. США Ns 4359680, кл. G 05 F 1/56; Щербаков В.И., Грездов Г.И. Электронны схемы на операционных усилителях, Справочник, Киев, Техника, 1983, с.41 и др.

Однако указанные устройства весьма сложны, многие требуют использования синхронизирующего синусоидального напряжения, узлов вольтодобавки, трансформаторов, или искажают форму стабилизируемого тока (или могут стабилизировать только постоянный ток).

Наиболее близко к предлагаемому устройство по авт.св. № 498611, кл. G 05 F 1 /44, содержащее мостовой выпрямитель, соединенный последовательно с токовой нагрузкой, к диагонали выпрямленного тока которого подключены эммиттер и коллектор регулирующего транзистора, и источник управляющего напряжения, подключенный между базой регулирующего транзистора и эмиттером дополнительного транзистора, введенного с целью упрощения схемы.

Однако такое устройство требует изолированного источника управляющего напряжения, тем более, что управляющее напряжение должно модулироваться импульсами выпрямленного напряжения, что затрудняет реализацию данного устройства.

Цель изобретения - упрощение устройства при сохранении формы и высокой стабильности величины стабилизируемого переменного тока. Предлагаемое устройство позволяет стабилизировать выходной переменный ток, не требуя вспомогательного источникауправляющего напряжения, гальванически не связанного с источником стабилизируемого тока, а также без введения управляемых дросселей и прочих элементов, существенно усложняющих реализацию стабилизатора тока.

С этой целью в устройство, содержащее соединенные последовательно и формирующие силовую замкнутую цепь выводы для подключения источника питания, выводы для подключения нагрузки и выводы переменного тока мостового диодного выпрямителя, кроме того, регулирующий транзистор, силовая цепь которого включена параллельно выводам постоянного тока мостового диодного выпрямителя, усилительный транзистор и резистор, соединенный с базой усилительного транзистора, дополнительно введены резистивный датчик тока, конденсатор, полевой транзистор, второй. третий и четвертый резисторы, диод, стабилитрон, регулируемый резистор. При этом коллектор регулирующего транзистора соединен с положительным выводом мостового диодного выпрямителя, база регулиру0 ющего транзистора через второй резистор соединена с отрицательным выводом мостового диодного выпрямителя, резистивный датчик тока включен последовательно в силовую замкнутую цепь. При этом один из его

5 выводов соединен с выводом диагонали переменного тока мостового диодного выпрямителя, а другой через последовательно соединенные диод и зашунтированный конденсатором регулируемый резистор соеди0 нен с положительным выводом мостового диодного выпрямителя. Регулировочный вывод регулируемого резистора соединен с затвором полевого транзистора, сток которого через третий резистор соединен с от5 рицательным выводом мостового диодного выпрямителя, а его исток через четвертый резистор - с положительным выводом мостового диодного выпрямителя, Свободный вывод первого резистора соединен со сто0 ком полевого транзистора, эмиттер усилительного транзистора - с истоком полевого транзистора и через переход анод-кг.тод стабилитрона - с отрицательным выводом мостового диодного выпрямителя, коллек5 тор усилительного транзистора соединен с базой регулирующего транзистора.

По критерию существенные отличия следует отметить, что технические решения, содержащие признаки, сходные с предлага0 емыми;не обнаружены.

На фиг.1 показана электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - его эквивалентная схема; на фиг.З - циклограмма работы устройства.

5 Устройство для стабилизации переменного тока содержит выводы 1, 2 для подключения источника питания, выводы 2, 3 для подключения нагрузки, выводы 3, 4 переменного тока мостового диодного выпрями0 теля, резистивный датчик 5 тока, мостовой диодный выпрямитель 6, конденсатор 7, диод 8, регулируемый резистор 9, полевой транзистор 10, стабилитрон 11, третий резистор 12, первый резистор 13, усилительный

5 транзистор 14, четвертый резистор 15, регулирующий транзистор 16, второй резистор 17.

Схема устройства на фиг.2.,эквивалент- ная схеме на фиг.1, содержит источник выпрямленного двухполупериодного

напряжения (что фактически не влияет на условия работы элементов эквивалентной схемы), полезную токовую нагрузку RHI (включенную последовательно в силовую цепь), управляемый резистор R Ogc обратной связи (включающий в ,себя элементы 7-15 устройства на фиг.1), резистивный датчик 5 тока, включенный в силовую цепь последовательно с источником UBX, нагрузкой RHI и регулирующим транзистором 16, и резистор 17 в цепи базы регулирующего транзистора.

Для обеспечения эффективной работы схемы коэффициент усиления по току h2i3 транзистора 16(особенно притоках I порядка нескольких ампер) должен быть достаточно велик 01213 порядка 10 и более, для чего обычно необходим составной транзистор, например - интегральный 2Т827). Если гп1Э(1б)- входное сопротивление транзистора 16, ток I выражается через величину вход- ного напряжения UBX устройства и параметры элементов схемы фиг.2 (сопротивлением токовой нагрузки RHI или пренебрегаем, или объединяем его с R5 следующим образом; R5 R5 + RHI):

I UBX/ (R5 +

R1 -п||Э(1б) VP+ R1 + Низ (16) П21Э

Отсюда видно, что нестабильность тока I, например, за счет нестабильности величины UBX, можно компенсировать соответствующим изменением величины ROOC.

Устройство на фиг.1 (эквивалентная схема - фиг.2) работает следующим образом.

Конденсатор 7 заряжается через диод 8 до амплитудного значения полусинусоиды фиг.3,а, получаемой в результате выпрямления входного напряжения UBX (фиг.3,а) диодным мостом 6 (напряжение Uc на конденсаторе 7 показано на графике фиг.3,в) и снимаемой с резистивного датчика 5 тока. При этом напряжение Uc подается на затвор полевого транзистора 10, работающего в режиме малых напряжений сток-исток Уси не свыше входного напряжения эмиттер-база Us6 транзистора 14 и являющегося для базы регулирующего транзистора 16 источником тока (сопротивление первого резистора 13 весьма мало, так как определяется только границами технологического разброса сопротивления эмиттер-база транзистора 16). Поскольку напряжение Ucn U36 0,7 В, полевой транзистор 10 работает как управляемый

резистор (см. книгу Щербакова В.И. и Грез- доза Г.И. Электронные схемы с операционными усилителями, с.41), сопротивление которого зависит от напряжения на затворе

изи. Исходное значение напряжения затвор-исток Узи полевого транзистора 10 устанавливается при нормальных значениях напряжения UBX источника и нагрузки RHI движком резистора 9.

Увеличение (или уменьшение) тока I, например, вследствие изменения величины UBX (фиг.З.а), приводит к некоторому увеличению (уменьшению) тока (фиг.3,6) в силовой цепи: резистивный датчик 5 тока - мост

6 - нагрузка RHI, что вызывает повышение (понижение) выпрямленного диодом 8 напряжения Uc на конденсаторе 7 пропорци- онально среднему значению тока I, Увеличение (уменьшение) напряжения UC7

вызывает сдвиг рабочей точки на характеристике 1С (и3и) (где 1С - ток стока транзистора 10) в сторону уменьшения (увеличения) lc, a так как транзистор 10 работает в режиме управляемого сопротивления, то напряжение на его выходе уменьшается (увеличивается), Поскольку напряжение сток-исток иси(ю) почти равно входному напряжению иэб транзистора 14, уменьшается (увеличивается) ток базы транзистора 16. Следовательно, увеличение (уменьшение) тока через резистивный датчик 5 тока вызывает уменьшение (увеличение) коллекторного тока через регулирующий транзистор 16, в результате чего ток I возвращается к исходной

величине. Назначение стабилитрона 11 - фиксация исходного напряжения смещения транзисторов 10 и 14.

Формула изобретения

Устройство для стабилизации переменного тока, содержащее соединенные после- довательно и формирующие силовую замкнутую цепь выводы для подключения источника питания, выводы для подключения нагрузки и выводы переменного тока мостового диодного выпрямителя, кроме того, регулирующий транзистор, силовая цепь которого включена параллельно выводам постоянного тока мостового диодного выпрямителя, усилительный транзистор и первый резистор, соединенный с базой усилительного транзистора, отличающееся тем, что, с целью упрощения, в него введены резистивный датчик тока, конденсатор, полевой транзистор, второй, третий и четвертый резисторы, диод, стабилитрон и регулируемый резистор, при этом коллектор регулирующего транзистора соединен с положительным выводом мостового диодного выпрямителя, база регулирующего транзистора через второй резистор соединена с отрицатепьным выводом мостового диодного выпрямителя, резистивный датчик тока включен последовательно в силовую замкнутую цепь, при этом один из его выводов соединен о выводом диагонали переменного тока мостового диодного выпрямителя, а другой его вывод через последовательно соединенные диод и заактированный конденсатором регулируемый резистор соединен с положительным выводом мостового диодного выпрямителя, регулировочный,вывод регулируемого резистора соединен с затвором полевого транзистора,

$ Ч

t

-J&Y у

г

J

сток которого через третий резистор соединен с отрицательным выводом мостового диодного выпрямителя, а его исток через четвертый резистор соединен с положительным выводом мостового диодного выпрямителя, свободный вывод первого резистора соединен со стоком полевого транзистора, эмиттер усилительного транзистора соединен с истоком полевого транзистора и через переход анод - катод стабилитрона соединен с отрицательным выводом мостового диодного выпрямителя, коллектор усилительного транзистора соединен с базой регулирующего транзистора.

Использование: изобретение относится к электротехнике, а именно - к стабилизаторам переменного тока источников питания устройств радиотехники, автоматики и вычислительной техники. Сущность изобретения: предлагаемое устройство позволяет упростить схему стабилизатора за счет исключения гальванически развязанного источника управляющего напряжения, модулируемого импульсами выпрямленного напряжения, при сохранении формы и высокой стабильности величины стабилизируемого переменного тока. Для решения этой задачи в устройство, содержащее мостовой диодный выпрямитель 6, соединенный последовательно с токовой нагрузкой и источником питания, а также регулирующий транзистор 16, усилительный транзистор 14 и резистор 13, введены полевой транзистор 10, резисторы 9, 12,15, диод 8, конденсатор 7 и стабилитрон 11. 3 ил.

Mrа

5

7

/VVVVVVVVVVV

J3XXЈЈЈ№

8

Фиг. 2

.

/

Фи&З