Стабилизированный делитель постоянного напряжения Советский патент 1993 года по МПК H02M3/158 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для выравнивания потенциалов на зажимах последовательно соединенных приемников, потребляющих различный постоянный ток, например, для питания микросхем при их серийных испытаниях.

Целью изобретения является увеличение КПД путем минимизации сквозного тока, протекающего через транзисторы в широком диапазоне изменения токов нагрузок и входного напряжения делителя.

На фиг. 1 приведена структурная схема делителя; на фиг. 2 - принципиальная схема 16-канального стабилизированного делителя постоянного напряжения, являющегося примером реализации заявленного устройства.

Стабилизированный делитель постоянного напряжения содержит N 2 одинаковых последовательно соединенных резисторов 1, (N+1) одинаковых последовательно соединенных транзисторов 2, (N+1) одинаковых оптоэлёктронных пар 3, фотоприемники 4 которых соединены последовательно, а светоизлучатели 5 включены в базовые цепи соответствующих транзисторов 2, диод 6, анод которого подключен к коллектору, а катод связан с базой (N+1)-rg транзистора 2 через светоизлучатель 5 (N+1)-u оптоэлектронной пары 3. и дополнительный транзистор 7, эмиттер которого соединен с эмиттером первого транзистора 2, а коллектор связан с базой первого транзистора 2 через светоизлучатель 5 первой оптоэлектронной пары 3. Коллектор каждого из транзисторов 2 соединен с эмиттером следующего транзистора 2, а база связана через соответствующий резистор 1 и светоизлучатель 5 соответствующей оптоэлектронной пары 3 с базой следующего транзистора 2. Эмиттеры всех транзисторов 2 подключены к соответствующим выходным выводам последовательно соединенных приемников 8 нагрузки, а эмиттер первого и коллектор (N+1)-ro транзисторов 2 являются входными выводами.

Устройство работает следующим образом. К входу делителя приложено напряжение Uo. Если коэффициент передачи потоку /8 транзисторов 2 велик и базовыми токами транзисторов 2 можно пренебречь, то на каждом резисторе 1 падает одинаковое напряжение UL

Uo - ЦБЭ 1 - Цд

1N где УБЭ - падение напряжения на эмиттер- ном переходе первого транзистора 2; UA - падение напряжения на диоде 6.

U-1-Если все светоизлучатели 5 и все транзисторы 2 одинаковые и зависимостью напряжения УБЭ от тока эмиттера 1э транзистора 2 можно пренебречь, то на всех приемниках 8 будет падать одинаковое напряжение

UH Ui + КБЭ + Uc - Ub3l+1 - Ucc+1 - Ui, где UH - падение напряжения на i-м приемнике 8;

Uc - падение напряжения на I-м свето- излучателе 5;

DBS - падение напряжения на эмиттер- ном переходе 1-го транзистора 2.

Анодный ток 1а 1-го фотоприемника 4 зависит от базового тока 1б 1-го транзистора 2, протекающего че,рез 1-й светоизлучатель 5:

а a le + Js texp (%-)- а 16,

где а - коэффициент передачи оптоэлектронной пары 3; .- . . 1б - ток 1-го светоизлучателя 5 (входной ток оптрона),

Uak - напряжение на i-м фотоприемни

кеб;

Is - темновой ток 1-го фотоприемника 6(10 9А);

26 мВ - тепловой потенциал. Так как все оптоэлектронные пары 3 одинаковые и имеют одинаковый коэффициент передачи а, а фотоприем.ники их соединены последовательно,через них протекает общий ток ta, пропорциональный минималь- ному базовому току 1б транзисторов 2:

1а a rriin 1е , 1 :Ј i N. Ток U, протекающий через базу дополнительного транзистора 7, открывает его,

уменьшая тем самым напряжение ивэ1 на эмиттерном переходе первого транзистора 2, что в свою очередь уменьшает эмиттер- ный ток этого транзистора и, следовательно, (см. соотношение 1), эмиттерные и базовые

токи всех остальных транзисторов 2, то есть сквозной ток. Таким образом, обратная связь, образованная оптоэлектронными парами 3 и дополнительным транзистором 7, уменьшает минимальный базовый ток транзисторов 2 до положительной остаточной величины о, обратно пропорциональной коэффициенту передачи а оптоэлёктронных пар 3 и коэффициенту передачи /б дополнительного транзистора 7. Поскольку эмиттерный ток 1э, текущий через транзисторы 2, при равенстве токов приемников 8 пропорционален базовому току te, увеличивай коэффициент передачи /3, можно сделать этот ток сколь угодно малым, повысив тем самым КПД делителя.

Примером реализации изобретения является 16-канальный стабилизированный делитель напряжения, схема которого приведена на фиг. 2. Составной транзистор 2 в этом делителе образован тремя транзисто- рами 9, 10 и 11 чередующейся проводимости, причем светоизлучатель 5 оптоэлектоонной пары 3 включен в базовую цепь транзистора 11, параллельно которому подключается приемник 8 нагрузки. В этом случае падение напряжения на приемнике 8 не зависит от падений напряжения на эмиттерных переходах транзисторов 10 и 11 и на светоизлучателе 5, а определяется только падением напряжения на эмиттер- ном переходе транзистора 9 и на резисторе 12, включенном в эмиттерную цепь транзистора 9. При больших коэффициентах передачи по току транзисторов 10 и 11 эмиттерный ток транзистора 9 не зависит от токов 1н приемников 8 и определяется сопротивлением резистора 13, то есть одинаков во всех каналах Регулировкой сопротивления переменных транзисторов 2 можно скомпенсировать разброс парамет- ров транзисторов 9 и добиться равных падений напряжения на всех приемниках 8 нагрузки.

Ссоставной дополнительный транзистор 7 содержит два транзистора 14 и 15 по схеме Дарлингтона, причем коллектор транзистора 14 подключен к коллектору первого транзистора 10. Это обеспечивает большое усиление по току транзистора 14 и всего составного транзистора 7, то есть мини- мальный сквозной ток. В делителе отсутствует 17-я оптоэлектронная пара 3, так как эмиттерный ток 17-го транзистора 11 не меньше эмиттерных токов первых 16-ти транзисторов 11, а падение напряжения на светоизлучателе 5 не влияет на напряжение нагрузки приемников 8. Эта мера позволила уменьшить падение напряжения на 17-м транзисторе 11 величины 1,5 В. Конденсаторы 16 и 17 обеспечивают устойчивую работу делителя. Разброс параметров транзисторов иоптоэлектронных пар приводит только к изменению величины остаточного базового тока транзисторов 11. Оптоэлектронные пары 3 включены в базовые, а не эмиттер- ные цепи транзисторов 11 с целью увеличения КПД делителя, так как мощность, выделяемая в с вето излучателях 5, пропорциональна протекающему через них току. Минимальное напряжение на приемниках 8 нагрузки составляет 3 В.

Формула изобретения Стабилизированный делитель постоянного напряжения, содержащий N 2 одина- ковых резисторов, (N+1) одинаковых транзисторов, коллектор каждого из которых соединен с эмиттером следующего транзистора, а база связана через соответствующий резистор с базой следующего транзистора, диод, анод которого подключен к коллектору, а катод связан с базой (N+1)-ro транзистора, причем эмиттеры всех транзисторов подключены к соответствующим выходным выводам, а эмиттер первого и коллектор (N+1)-ro транзисторов использованы в качестве входных выводоь, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД путем минимизации сквозного тока, протекающего через транзисторы в широком диапазоне изменения токов нагрузок и входного напряжения делителя, в него введены (N+1) одинаковых оптоэлектронных пар и дополнительный транзистор, эмиттер которого соединен с эмиттером первого транзистора, а коллектор связан с базой первого транзистора через светоизлучатель первой оптоэлектронной пары, при этом светоизлучатели остальных оптоэлектронных пар включены в базовые цепи соответствующих транзисторов, а фотоприемники всех оптоэлектронных пар соединены последовательно, причем первый вывод первого фотоприёмника соединен с эмиттером дополнительного транзистора, а второй вывод (N+1) фотоприемникэ с базой дополнительного транзистора.

Использование: в радиотехнической и электротехнической отраслях промышленности, в частности, для питания большого количества параллельно-последовательно соединенных маломощных нагрузок. Сущность изобретения: устройство содержит N одинаковых резисторов 1, (N+1) одинаковых оптоэлектронных пар 3, состоящих из свето- диодов 5 и фотодиодов 4, и дополнительный транзистор 7, соединенный определенным образом. 2 ил.