СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Советский патент 1974 года по МПК H02M3/156 G05F1/56 

1

Изобретение относится к электротехникеи радиотехнике, а именно к устройствам для стабилизации постоянного напряжения.

В основном авт. св. № 338976 описан стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий элемент, основной, вспомогательный и опорный источники напряжения, а также выходной делитель, который выполнен с дополнительным транзистором, эмиттер которого через переменный резистйр, а база через постоянный подключены соответственно к базе и эмиттеру выходного транзистора регулирующего элемент та, при этом коллектор дополнительного транзистора, вспомогательный и опорный источники напряжения связаны с одним из выходных зажимов через резистор, а основной источник, эмиттерный резистор регулирующего элемента и делитель связаны с этим же зажимом непосредственно..

Известный стабилизатор имеет очень малое быходное сопротивление, т. е. обладает высокой степенью стабилизации выходного напряжения.

Однако с повышением точности отработки стабилизатором внещних дестабилизирующих факторов становится заметной нестацбильность, обусловленная самой схемой стабилизатора, т, е. такими факторами, как непостоянство опорного напряжения, неравномерность потока носителей в транзисторах, тепловая нестабильность параметров и пр. Суммарно это проявляется в виденизкочастотных флюктуации выходного напряжения.

Целью изобретения является првыицение TJ4HOCTH стабилизации напряжения.

Для этого стабилизатор снабжен балансным усилителем, подключенным одним входом параллельно выходным зажимам, стабильным источником питания, подключенным к другому входу балансного усилителя, симметричным триггером, вспомогательным транзистором и двумя двухканальными индикаторами разбаланса, один из которых подключен первым входом к первому выходу балансного усилителя непосредственно, . вторым - к второму выходу усилителя через стрелочный индикатор разбаланса, а выходными каналами - через резисторы к входам симметричного триггера, параллельно выходу которого подключены входы второго индикатора разбаланса, первый вЫходной канал которого через резистор и один из контактов сдвоенного выключатели подключен к входу источника опорного напряжени а второй - через резистор к базе вспомога тельного транзистора, которая через другой резистор соединена с общей шиной и с эмит тером этого же транзистора, а его коллектор через второй контакт выключателя соединен с эмиттером дополнительного транзистора. па чертеже приведена схема стаьилиза- тора. Стабилизатор постоянного напряжения со держит основной источник питания 1, первы из полюсов которого соединен с выходным зажимом 2, регулирующий элемент 3 в виде составного транзистора, состоящего из двух (или более)транзисторов 4, 5, соединенных между собой обычным образом (коллектор с коллектор)м, эмиттер с базой), причем коллектор выходного транзистора 4 соединен с вторым полюсом источника 1, а эмиттер - с выходным зажимом 6, вспомогательный источник питания 7, первый из полюсов которого соединен с первым оди / поименным полюсом источника опорного нап ряжения 8, а второй - с узлом выделения сигнала рассогласования 9, который одним из входов присоединен к второму полюсу источника опорного напряжения 8, выходной ,делитель напряжения 10, включенный между выходными зажимами 2, 6 и присоединенный своим выходом к второму входу узла 9 выход которого соединен с базой транзистора 5, являющегося. входным транзистором регулирующего элемента 3, резистор 11, включенный между точкой соединения источника 1 с зажимом 2 и с делителем 10 и точкой соединения источника 7 с источником 8, эмиттерный резистор 12, включен ный между точкой соединения эмиттера транзистора 5 с базой транзистора 4 и точ кой соединения источника 1 с зажимом 2, делителем 1О и резистором 11, дополнител ный тра11сзистс)р 13 (обратной проводимости относительно проводимости транзисторов 4, 5), присоединенный коллектором к точке соединения Источника 7 с источ- НИКОМ опорного напряжения 8 и с резист ром 11, эмиттером через переменный резистор 15 - к эмиттеру транзистора 4, балансный усилитель постоянного тока 16, например фотоэлектрического типа, один вход которого подключен к выходным зажимам2, б а другой вход - к стабильному источнику 17, стрелочный инди: катор разбаланса 18, подключенный к выходу усилителя 16 последовательно с двух; кахшльным транзисторным индикатором (разбаланса 19, который своими выходными каналами 20 и 21 через ограничительные резисторы 22 к 23 присоединен к входам симметричного триггера 24, аналогичный .индикатору 19 двухканальный индикатор разбаланса 25, включенный между коллекторными резисторами триггера 24 и присоединенный одним выходным каналом 26 через ограничительный резистор 27 и один ИЗ контактов сдвоенного выключателя 28 к точке соединения резистора 11с источником опорного напряжения 8, вспомогательный резистор 29, присоединенный эмиттером к шине зажима 2,коллектором через второй контакт выключателя к эмиттеру транзистора 13, а базой через ограничительный (резистор 30 к второму выходному каналу 31 индикатора 25,, резистор 32,включенный между базой и эмиттером транзисто- |ра 29. . I Стабилизатор работает следующим образом. , Когда выключатель 28 разомкнут, на зажимах 2, 6 устанавливается выходное (напряжение, величина которого обусловлена опорным напряжением стабилизатора, которое вырабатывается источником 8, и соот- нощением плеч делителя 10. Уменьшение по сравнению с обычными компенсашюнными стабилизаторами зависимости выходного напряжения от входного и от тока нагрузки, т. е. повышение стабильности, обеспечивается введением последовательно с источником опорного напряжения 8 источника с напряжением, пропорциональным сигналу рассогласования, которое образуется на резисторе 11 за счет коллекторного тока транзистора 13. Однако при повышении точности стабилизации по входному напряжению и току нагрузки становятся заметными такие дестабилизирующие факторы, как непостоянство опорного напряжения, флюктуация потока носителей в транзисторах, тепловое изменение параметров и пр., что проявляется в виде низкочастотных флюктуации выходно- го напряжения, размах которых может достигать десятков микровольт. В описываемом стабилизаторе осуществляется непрерывная знакопеременная гисте-5

резисная подстройка выходного напряжения, по источнику 17, в качестве которого может использоваться химический J ™

. э. д. с. с малой флюктуацией. Происходит |

1 . ШЛЖЛ.Л л J Л. .., л .

т- i к; 1ле 20 до некоторого порогового значения это следующим образом. Балансньш усили ;-.. ;Oi t:,:..Y.. . ,.. , г .г.. тель 16 при помощи органов его управления уравновешивают при максимальной его ;чувствительности на отсутствие выходного сигнала по стрелочному индикатору разба- :Ланса 18. Колебания стрелки индикатора .относительно нулевой отметки характеризуют собой флюктуацию выходного напряж ния стабилизатора по отношеьшю к напряже нию источника 17. После уравновешивания усилителя 1 б выключатель 2 8 замыкают, и устройство начинает работать автоматически. Предположим, чтр выходное напряжение стабилизатора флюктуационно понижается. Вследствие этого происходит отрицательный разбаланс усилителя 16 и в его в,ыходной цепи появляется тод, протекающий через индикаторы разбаланса 19 и 18, например как показано на чертеже, справо налево. При этом в одной из коллекторно- эмиттер ных цепей индикатора19, т. е. в его канале 21, также появляется, ток, но значительно усиленный по сравнению с в,ыходным током разбаланса усилителя 16, Ток канала 21, протекая через ограни чительный резистор 23 и входную (базовую цепь левой (по чертежу) половины триггера 24, опрокидывает его так, что проводящей оказьрается его левая половина. I В результате резкого изменения напряжений на коллекторных резисторах триггера 24 происходит резкое изменение прово|димостей выходных каналов индикатора 25, IT. е. канал 31 закрывается, а канал 26 открывается. Возникающий в канале 26 ток ; который опрейеляется резистором 27,. вы,. зывает скачкообразное увеличение напря жения на резисторе 11, которое суммирует ся с опорным напряжением стабилизатора, ; вырабатываемым источником 8. Хотя суммарное опорное напряжение воз растает скачком, выходное напряжение стабилизатора возрастает несколько медленнее (по экспоненте) вследствие имеющегося обычно на выходе стабилизатора конденса- : тора фильтра большой емкости. Когда по мере заряда конденсатора и увеличения вьтходного напряжения равновесие балансного усилителя 16 восстановится, ток в канале 21 индикйтора 19 прекра щается, однако выходное напряжение продолжает расти, так как состояние триггера

6

24 остается неизменным. Вследствие это- i го возникает положительный разбаланс усилителя 16, в индикаторе 19 начинает проводить канал 20, при увеличении тока в канаТриггер 24 опрокидывается и происходит смена проводимостей каналов 26, 31 индикатора разбаланса 25. Током канала 31, который определяется резистором 30, открьшается вспомогательрый транзистор 29 и коллекторным током, протекающим через резистор 14 и переход эмиттер - коллектор транзистора 5, подзапирает дополнительный транзистор 13. Вс- /бедствие этого его коллекторный ток и напряжение на резисторе 11 уменьшается, т. е. уменьшается суммарное опорное напряжение стабилизатора. Выходное напряжение начинает понижаться в сторону отрицательного разбаланса. По достижении порогового значения отрицательного разбаланса гистерезисный цикл повторяется. Таким образом выходное напряжение стабилизатора становится пульсирующим по экспонентам симметрично (знакопеременно) относительно постоянной составляющей, соответствующей равновесному со- стоянию балансного усилителя 16. Размах I пульсаций, остающийся в процессе работы Стабилизатора практически неизменным,тем i меньше, чем выше пороговая чувствитель- ность триггера 24 и чувствительность к разбалансу усилителя 16 и индикатора 19. Частота пульсаций выходного напряжения тем выше, чем больше чувствительность усилителя 16, индикатоул 19 и триггера 24 и .чем меньше постоянная времени стабилизатора, в частности емкость на его выходе. Если напряжение стабилизатора идеально стабильно, то частота пульсаций неизменная. Непостоянство выходного напряжения по причине каких-либо факторов преобразуется в непостоянство частоты пульсаций вследствие изменения в разные стороны (увеличение, уменьшение) постоянных времени экспонент нарастания и спада циклов пульсации. Такое изменение формы пульсации влечет за собой изменение ее постоянной составляюшей. : Таким образом выходное напряжение стабилизатора может быть рассмотрено как сумма практически неизменного постоянного напряжения по нижней границе пульсаций и постоянной составляющей пульсаций, котоРая изменяется сообразно дестабклизируюшим факторам, т.е. сообразно ИЗМРНРНИТО F , vjuut njM(nenn формы пульсации, но не выходит за пределы ее размаха. Иными словами, нестабил ность постоянной составляющей выходного напряжения не превосходит размаха пульсаций. Совреме1гаые технические средства позволяют получить стабилизатор с размахом пульсаций гистерезисной подстройки порящ ка нескольких микровольт, что является ощутимым резервом уменьшения флюктуаци т. е. повышения точности стабилизации постоянного напряжения. Предмет изобретен ия Стабилизатор постоянного напряжения по авт. св. № 338976, отличаюlit и и с я тем, что, с целью п6вь1шения точности стабилизации напряжения, он снаб жем балансным усилителем, подключенным одним входом параллельно выходным за« HNfiiM, стабильным источником питания, подключейным к другому входу балансного усилителя, , симметричным триггером, вспомогательным транзистором и двумя двухканальными индикаторами разбаЛанса, один из которых подключен первым входом к первому выходу балансного усилителя не- посредственно, вторым - ю второму выхоW усилителя через стрелочный индикатор разбаланса, . а выходными каналами - че- рез резисторы к входам симметричного триггера, параллельно выходу которого подключены входы второго индикатора разбаланса, первый выходной канал которого через резистор и один из контактов сдвоенного выключателя подключен к входу источника опорного напряжения, а второй через резистор к базе вспомогательного транзистора, которая через другой резистор соединена с общей шиной и с эмиттером этого же транзистора, а eio коллектор через второй контакт выключателя соединен с эмиттером дополнительного транзистора.