Стабилизатор напряжения постоянного тока с непрерывным регулированием Советский патент 1976 года по МПК G05F1/56 H02M3/14 

1

Известны стабилизаторы мапряжеййя постоянного тока с непрерывным регулированием, содержащие основной и N дополнительных регулирующих транзисторов, коллекторы которых через разделительные диоды подключены к основному и Л дополнительным источникам питания, а эмиттеры непосредственно - к одной из выходных клемм, усилитель постоянного тока и источник опорного напряжения.

Однако в известных устройствах на базы Всех транзисторов подается одно и тоже управляющее напряжение, в результате чего все транзисторы, потенциалы коллекторов которых выще, чем потенциал эмиттеров, одновременно находятся в активном режиме. Поэтому мощность, выделяющаяся на всем регулирующем элементе, равна сумме мощностей, выделяющихся на каждом из транзисторов, и может достигать значительной величины, что неизбежно ведет к снижению КПД стабилизатора и к значительным размерам теплоотвода для регулирующих транзисторов.

С целью повышения КПД расщирения пределов регулирования напряжения, а также уменьщения перепадов напряжения па базах регулирующих транзисторов и упрощения схемы предлагаемый стабилизатор снабжен дополнительным резисторным делителем напряжения с Л выходами, подключенным между эмиттерами регулирующих транзисторов и выходом усилителя постоянного тока, причем выходы делителя через базовые резисторы соединены с базами соответствующих дополнительных регулирующих транзисторов, кроме того, стабилитрон снабжен дополнительными диодами, подключенными последовательно между выводами базовых резисторов, соединенными с выходами дополнительного резисторного делителя, и выходом усилителя постоянного тока; основной и дополнительные источники питания соединены между собой последовательно.

В стабилизаторе постоянного тока с непрерывным регулированием из-за специфики схемы стабилизаторов тока дополнительный делитель напряжения отсутствует, а дополнительные диоды подключаются между базовыми резисторами и выходом усилителя постоянного тока.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого стабилизатора напряжения; на фиг.2 - тоже, стабилизатора тока.

Стабилизатор напряжения (фиг. 1) состоит из источников питания 1, 2 и 3, включенных последовательно между собой, напряжение с которых подается через один из трех регулирующих транзисторов 4, 5 или 6 на выходные режимы стабилитрона 7 и 8, к которым

подключены сопршивление 9 нагрузки и делитель 10 выходною напряжения. Часть выходного напряжения, снимаемая с делителя 10, постз-пает на один из входов усилителя 11 постоянного тока. Второй вход этого усилителя соединен с источником 12 опорного напряжения, а выход усилителя через многозвенный делитель, содержащий резисторы 13, 14 и 15 и базовые резисторы 16, 17 и 18, - с базами регулирующих транзисторов.

Регулирующий каскад состоит из нескольких регулирующих транзисторов (на схеме показано 3), работающих поочередно. Последнее определяется параметрами делителя из резисторов 13-15. При малых выходных напряжениях стабилизаторов, меньших, чем напряжение, снимаемое с источника питании 1, в активном режиме работает только транзистор 4, на базу которого поступает наибольшее напряжение с делителя из резисторов 13-15. На базы транзисторов 5, 6 поступает значительно меньшая часть отпирающего напряжения, снимаемая соответственно с резисторов 14, 15, а следовательно, токи коллекторов транзисторов 5 и 6 намного меньше тока коллектора транзистора 4.

По мере возрастания выходного напряжения (при перемещении движка делителя 10) напряжение между коллектором и эмиттером транзистора 4 уменьшается, а транзистор 4 переходит в режим насышения, что вызывает увеличение сигнала на выходе усилителя и отпирание транзистора 5. При дальнейшем увеличении выходного напряжения транзистор 5 насыщается, а транзистор 6 переходит в область активного режима. Поскольку потенциалы эмиттеров всех транзисторов одинаковы, то при открытом транзисторе 6 полярность -напряжения меж.чу коллекторо-м и эмиттером транзисторов 4 и 5 меняется на противоположную,. в результате чего появляются обратные токи, проходящие через эти транзисторы. Для устранения этого явления коллекторы транзисторов 4 и 5 подключены « источникам питания 1 и 2 через разделительные диоды 19 и 20.

Соотношение между токами коллекторов транзистора, находящегося в активном режиме, и остальными транзисторами определяется параметрал1и делителя из резисторов 13 и 15, причем чем больше кратность деления каждого звена делителя, тем больше проходит токов коллекторов транзисторов и тем больше диапазон изменений напряжения на выходе усилителя постоянного тока, снил ающий коэффициент стабилизации стабилизатора и увеличивающий токи без транзисторов, находящихся в насыщ,енно.м состоянии. Этот недостаток устраняется включением кремневых диодов 21 и 22 параллельно резисторам 13 и 14. В последнем случае коэффициент деления делителя из резисторов 13 и 15 сохраняется малым при низких уровнях сигнала и приближается к единице при больших сигналах на выходе усилителя.

Поочередный режим работы регулирующих транзисторов обеспечивается и при изменениях входного напряжения, ког.т,а выходное наиряжениз сохраняется постоянным, а наибольшее напряжение -между коллектором и эмиттером транзисторов, работающих в активном режиме, не превышает напряжения соответствующего HCTOVHHKa питания.

При использовании в схеме .V источников и такого же числа регулирующих звеньев максимальное напряженне между коллектором и эмиттером транзистора, работающего в активном режиме, будет в N раз меньшим по сравнению с обычными схемами, где .. Так как одновременно нод полным током нагрузки находится только один из транзисторов, то и полная мощность, рассеиваемая на регулирующем элементе, уменьшается в N раз, в результате чего значительно повышается общий КПД стабилизатора, уменьшается вес и габариты теплоотвода для регулирующих транзисторов, увеличивается диапазон регулирования выходного напряжения.

Стабилизатор тока (фиг. 2) состоит из четырех источников нитания 19-22, включенных псследовательно между собой, напряжение с выходов которых через разделительные диоды 23-25 и регулирующие транзисторы 26-29 поступает на последовательно включенные эталонной резистор 30 и сопротивление нагрузки 31. Нанряжение обратной связи снил-гается с эталонного резистора и поступает на один из входов усилителя 32 постоянного тока (УПТ), а его второй вход соединен с источником 33 опорного напряжения. Разность этих напряжений усиливается и через диоды 34- 36 и резисторы 37-40 иоступает на базы регулирующих транзисторов.

Полярность напряжения, приложенного Между базой и эмиттером каждого из транзисторов 27-29, определяется разностью двух напряжений: отиирающего напряжения, равного выходному напряжению УПТ, и запирающего, равного разности потенциалов между коллектором предыдущего транзистора и эмиттером тра-нзистора 26. Поэтому отнирание каждого из регулирующих транзисторов 27- 29 возможно только в том случае, если предыдущие транзисторы насыщены или близки к насыщению. При отпирающих смещениях между базал1и и эмиттерами транзисторов 27-29 диоды 34-36 оказываются включенными в прямом направлении и не препятствуют протеканию базовых токов этих транзисторов.

При изменении полярности напряжения на базах диоды 34-36 оказываются включенными в обратной полярности и защищают переход база-эмиттер транзисторов 27-29 от нробоя.

В то же время в цени базы транзисторов оказывается включенными большое сонротивление, равное обратному сопротивлению диодов, что может привести к значительным начальным токам их коллекторов. Для устра нения этого недостатка участки база-эмиттер

транзисторов 27-29 зашунтированы резисторами 41-43.

Принцип работы схемы состоит в том, что в зависимссти от величины выходного и входного напряжений один из регулирующих транзистпров переводится в область активного режима работы, а остальные находятся либо в закрытом, либо в насыщенном состояини.

Так, при работе транзистора 26 в активной области, транзисторы 27-29 заперты, а ток нагрузки протекает по ветви: источник питания 19 - диод 23 - транзистор 26. При увеличении выходного напряжения уменьшается перепад напряжения между коллектором и эмиттером транзистора 26. В момент приближения величины этого напряжения к напряжению насыщения открывается транзистор 27, ток нагрузки замыкается по ветви: источники питания 19 и 20 - транзисторы 26 и 27. При дальнейшем увеличении выходного напряжения транзистор 27 насыщается, отпирается транзистор 28, а ток нагрузки протекает но ветви: источники питания 19-21-транзисторы 26- 28. Затем отпирается транзистор 29, ток нагрузки протекает по ветви: источники питания 19-22 - транзисторы 26-29.

Таким образом, весь диапазон изменений напряжения на регулирующем элементе оказывается разбитым на несколько поддиапазонов, количество которых определяется количеством источников питания и регулирующих транзисторов, а максимальное напряжение между коллектором и эмиттером любого из регулирующих транзисторов не превышает выходного напряжения соответствующего источника питания. Поскольку при любых изменениях входного и выходного напряжений в активной области работает только один из регулирующих транзисторов, то суммарная мощность, выделяющаяся на регулирующел элементе снижается в несколько раз, что значительно увеличивает общий коэффициент полезного действия стабилизатора.

В зависимости от конкретных условий применения число одиночных регулирующих транзисторов 26-29 (фиг. 2) может быть увеличено или уменьшено, а вместо одиночного транзистора могут быть включены составные транзисторы или параллельно включение нескольких транзисторов.

..

Формула изобретения

1.Стабилизатор напряжения постоянного тока с непрерывным регулированием, содержащий основной и «Л дополнительных регулирующих транзисторов, коллекторы которых через разделительные диоды подключены к основному и «jV дополнительным источникам питания, а эмиттеры непосредственно - к одной их выходных клемм, усилитель постоянного тока и источник опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и расширения пределов регулирования напряжения, он снабжен дополнительным резисторньш делителем напряжения с N выходами, подключенным между эмиттерами регулирующих транзисторов и выходом усилителя постоянного тока, причем выходы делителя через базовые резисторы соединены с базами соответствующих дополнительных

регулирующих транзисторов.

2.Стабилизатор по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения перепадов напряжения на базе регулирующих транзисторов, он снабжен доп днительными диодами,

подключенными последовательно между выводами базовых резисторов, соединенными с выходами дополнительного резисторного делителя, и выходом усилителя постоянного тока.

3.Стабилизатор по п. 1, о т л и чающийс я тем, что, с целью упрощения схемы, основной и дополнительные источники питания соединены между собой последовательно.