Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки по току Советский патент 1976 года по МПК G05F1/58 

1

Изобретение .предназначено для использования при настройке и исследовании предельных режимов и параметров электроиных схем с высокочастотными и сверхвысокочастотными п о л упр о в о д н н к ов ы м и п р и б ор а м и.

Известны стабилизаторы напряжения с защитой от перегрузки по току, содержащие датчик перегрузки по току, выполненный в виде включенного через дополнительное сопротивление параллельно калиброванному сопротивлению туннельного диода, цепь Обратной связи между выходом датчика перегрузки по току, включенного последовательно в выходную цепь, и входом регулирующего триода, состоящую из электронного «люча-усилителя, соединенного через полупроводниковый диод с входом триггера с автоматическим смещением, второй электронный ключ-усилитель и переключатель.

Недостатки известных хстройств - система повторного включения, инерционность цепи обратной связи и, Как следствие этого, возможность разрушения нагрузки во время переходного процесса при включении.

Цель изобретения - повышение надежности защиты чувствительной « превышению тока нагруз ки.

Это достигается тем, что в предлагаемом стабилизаторе второй вход триггера с автоматическим смещением связан с его источником

питания через электрическую цепь включения, содержащую резистор и последовательно соединенные полупроводниковый диод, переключатель и конденсатор, а параллельно выходу второго электронного ключа-усилителя включена электрическая цепь, состоящая из последовательно соединенных резистора, шунтированного полупроводниковым диодом, и конденсатора.

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого стабилизатора напряжения с защитой от перегрузки по току.

Схема содержит входные клеммы 1, 2, выходньге клеммы 3, 4, последовательный стабилизатор напряжения 5, датчик перегрузки по току 6, блОК стабилизированных напряжений 7 для питания элемептов, из которых состоит цепь обратной связи; последовательный стабилизатор напряжения содержит составной регулирующий триод, который состоит из кас.кадно включенных транзистора 8 и транзистора 9, высокочастотного дросселя 10, шунтированного полупроводниковым диодом 11; датчик перегрузки но току содержит туннельный диод 12, включенный через дополнительный резистор 13 параллельно калиброванному сопротивлению, состоящему из резистора 14 и переменного резистора 15; цепь Обратной связи содержит последовательно соединенные электронный ключ-усилитель 16 на транзистоpax 17 и 18, связаниьи через полупр01водн ко вый диод 19 с базой транзистора 20 тригге ра 21 iC а втоматичеокнм смеш,ением, у которо го база второго травзистора 22 связала через электрическую цепь 23 включения с источнико,м питалия триггера с автоматическим смещением, а 1коллектор второго траизистора связа-н с входом второго электронного ключа-усилителя 24 иа каокадно включенных траизисторах 25 и 26; электрическую день 27, которая состоит из последовательно включеиных резистора 28, шунтироваиного полупроводниковым диодом 29, и конденсатора 30; электрическая цепь включения содержит последовательно 1включен ные полупроводниковый диод 31, переключатель 32 и конденсатор 33, резистор 34, конденсаторы 35, 36. Предлагаемый стабилизатор работает следующим образом. ТоК от источника ностоянного стабилизированного напряжения, подключенного к входным клем.мам 1 и 2 стабилизатора напряжения с защитой от перегрузки по току, протекает через клемму 1, составной регулиоующий триод последовательного стабилизатора 5 напряжения, клемму 3, нагрузку, которая подключается к выходным клеммам 3 и 4, клем.му 4, датчик перегрузки по току 6 п клемму 2. При нарастании вышеуказанного тока до величины предельно допусти.мого тока в нагрузке срабатывает датчик перегрузки по току. Эффект срабатывания датчика перегрузки по току заключается в увеличении напряжения на туннельном диоде 12 в резу.тьтате скачкообразного перехода режима ра.боты его с первой восходящей ветви вольт-амперной характеристики на вторую. Скачкообразное изменение режима работы туннельного диода 12 обусловлено дополнительным рези стором 13 и происходит в момент достил ения пикового то«а на первой .восходящей ветви вольт-амперной хара ктеристики. Величина пикового тока прямо пропорциональна величине предельно допустимого тока в нагрузке. От ношение величин сопротивления дополнительного резистора 13 и внутреннего сонротивления туннельного диода 12 на первой восходящей ветви вольт-амперной характеристики должно быть в пределах от 6 до 10. Пеобходимая величина пропорциональности между величиной пикового тока туннельного диода 12 и величиной предельно допустимого тока в нагрузке устанавливается в процессе регулирования датчика перегрузки по току 6 с помощью переменного резистора 15. Величина предельно допустимОГО тока в нагрузке не может быть больше величины предельно допустимого тока через транзистор 9 составного регулирующего триода- последовательного стабилизатора напряжения 5, так как на. величину этого тока подбирается величина резистора 14 калиброванного сопротивления датчика перегрузки по току. ОкачкоОбразное увеличение напряжения на туннельном диоде 12 открывает по базе транзистор 17 электронного ключа-усилителя 16. Транзистор 17 подбирается такого типа, чтобы напряжение открывания его по база-эмиттерному переходу бьи.о больше напряжении при пиковом токе па первой восходящей ветви вольт-а.мнерной характеристики туннельного диода 12, но меньше напряжения, которое устанавливается на туннельном диоде 12 после срабатывания датчика перегрузки по току. В момент открывания по базе транзистора 17 напряжение падает на 1коллекторе его относительно эмиттера и закрывает но базе транзистор 18. Скачком увеличившееся напряжение на коллекторе запертого по базе транзистора 18передается через полупроводниковый диод 19на первый вход триггера 21 с автоматическим смещением, т. е. на базу транзистора 20, который открывается. При этом триггер 21 с автоматическим смещением перебрасывается из одного устойчивого состояния в другое с запиранием по базе транзистора 22. Полупроводниковый диод 19 служит для предотвращения повторного вк.тючения после выключения предлагаемого стабилизатора. Скачок напряжения на выходе триггера 21 с автоматическим смещением, т. е. на коллекторе запертого по базе транзистора 22, передается на базу трапзистора 25 второго электронного ключа-усилителя 24. Каскадное включение транзистора 25 с транзистором 26 дает возможность увеличить усиление по току, входное сопротивление и напряжение открывания второго элект1ронного ключа-усилителя 24, т. е. уменьшить шунтирование плеча триггера 21 с автоматическим смещением, что способствует надежной его работе. Транзистор 25 открывается по базе и открывает транзистор 26, на коллекторе которого напряжение падает до величины меньщей одного вольта. Следовательно, на базе транзистора 8 составного регулирующего триода последовательного стабилизатора напряжения 5 устанавливается то же самое напряжение, что и на коллекторе транзистора 26. Это приводит к запиранию составного регулирующего триода последовательного стабилизатора напряжения. Папряженне на нагрузке и датчике перепрузки по току 6 уменьшается до нуля. Запирается но базе транзистор 17 и открывается по базе транзистор 18 электронного ключа-усилителя 16. Скачком уменьшается напряжение на коллекторе относительно эмиттера транзистора 18, но оно не проходит на первый вход триггера 21 с автоматическим смещением благодаря полупроводниковому диоду 19. Триггер 21 с автоматическим смещением остается в том же устойчивом состоянии, которое соответствует запертому состоянию последователього стабилизатора напряжения 5. Конденсатор 30 электрической цепи 27 разряжается через резистор 28 и транзистор 26 второго электронного ключа-усилителя 24. Стабилизатор напряжения с защитой от пеегрузки по таку может нахопиться в выключенном состоянии до тех лор, пока оператор с помощью переключателя 32 не за1мкнет электрическую цепь 23 включения. В -момент замыкания контактов переключателя 32 происходит ока,чО:К напряжения «а базе транзистора 22 в результате того-, что заряд Конденсатора 33 рявен нулю и зарядный ток его по базовой цепи транзистора 22 максимален. Этот скачок напряжения на базе транзистора 22 перебрасывает триггер 21 с автоматическим см-ещенисм в другое устойчивое состояние, соответствующее открытому состоянию -последовательното стабилизатора 5 напряжения. При этом транзистор 22 открывается, и напряжение на .коллекторе его относительно эмиттера уменьшается, закрывается второй электронный ключ-усилитель 24, и нарастающее по экспоненциальному закону напряжение на коллекторе транзистора 26 благодаря заряжающемуся через открытый полупроводниковый диод 29 и базовую цепь транзистора 8 конденсатору 30 открывает составной регулирующий триод последовательного стабилизатора напряжения 5.

Выбор величины емкости конденсатора 33 ограничен тем, что, с одной стороны, время заряда конденсатора 33 должно быть соизмеримо с временем переходного процесса при переходе триггера 21 с автоматическим смещением из одного устойчивого состояния в другое, а с другой стороны, обеспечивалось надежное вклЮчение предлагаемого стабилизатора при одноразовом замыкании переключателя 32 электрической цепи 23 включения. Наиболее простым и близким к оптимальному решению вопроса о выборе величины емкости конденсатора 33 является равенство величин емкости конденсатора 33 и емкости конденсатора 35 или 36 (величины емкостей конденсаторов 35 и 36 одинаковы). Однако величина конденсатора 33 может быть выбрана в пределах от 0,7 до 2,0 величины емкости конденсатора 35 или 36. При этом будет надежное и одноразовое включение предлагаемого стабилизатора. Чтобы заряженный конденсатор 33 при замкнутой цепи 23 включения не препятствовал перебросу триггера 21 с автоматическим смещением из одного устойчивого состояния в другое в момент прихода на первый вход его сигнала выключения, в электрическую цепь 23 включения введен полупроводниковый диод 31.

При необходимости включения параллельно защищаемой электронной схеме блокировочного конденсатора для закорачивания высокочастотных колебаний на выходных клеммах

предлагаемого стабилизатора вопрос о величине емкости его должен решаться на основании конкретных условий. Основным требованием при выборе величины емкости блокировочного конденсатора является не превышение максимально допустимой накопленной в конденсаторе энергии, которая прямо пропорционально зависит от величины емкости конденсатора.

Во многих случаях дли расчета величины емкости блОКировочного конденсатора можно пользоваться ниже приведенной формулой, которая дает несколько заниженную величину емкости блокировочного конденсатора, но

обеспечивает надежную защиту нагрузки предлагаемым стабилизатором:

С С-- - ,

где С - величина емкости блокировочного конденсатора:

/-предельно допустимый ток через нагрузку;

Г - время переходного процесса при выключении стабилизатора;

- напряжение питания для защищаемой нагрузки.

Формула и 3 о б р е т е н и я

Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки по току, содержащий датчик перегрузки но току, выполненный в виде включенного через дополнительное сопротивление параллельно калиброванному сопротивлению туннельного диода, цепь обратной связи между выходом датчика перегрузки по току, включенного последовательно в выходную цепь, и входом регулирующего триода, состоящую из электронного ключа-усилителя, соединенного через полупроводниковый с входом триггера с автоматическим смещением, второй электронный ключ-усилитель и переключатель, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с

целью повышения надежности защиты чувствительной к превышению тока нагрузки, второй вход триггера с автоматическим смещением связан с его источником питания через электрическую цепь включения, содержащую

резистор и последовательно соединенные полупроводниковый диод, переключатель и конденсатор, а параллельно выходу второго электронного ключа-усилителя включена электрическая цепь, состоящая из последовательно

соединенных резистора, шунтированного полунроводниковым диодом, и конденсатора. Г9 D.I -- VM ULJi-hrj 5