Компенсационный стабилизатор напряжения постоянного тока Советский патент 1978 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике и может быть исиользовано в источниках стабилизированного нанряжения, в частности в переносных измерительных устройствах с нитанием от батарей. Известен компенсационный стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий регулирующий орган, усилитель постоянного тока, источник опорного напряжения и измерительный орган 1. Недостатком известного стабилизатора является сложность схемы, так как для сохранения высокого коэффициента стабилизации требуются два источника напряжения - входное и питающее усилитель. Известен также компенсационный стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий регулирующий орган, усилитель постоянного тока, источник опорного напряжения и измерительный орган 2. В таком стабилизаторе повышение коэффициента стабилизации возможно при использовании усилителей с высоким коэффициентом стабилизации, нанри.мер интегральных операционных усилителей. Но при низких значениях питающего и стабилизируемого напряжений операционные усилители имеют низкий коэффициент усиления и не обеспечивают требуе.мой стабильности напряжения. Кроме того, низковольтные стабилитроны, используемые для создания опорного напряжения, обладая высоким внутренним сопротивление.м, дoпoлниteльнo ухудщают стабилизацию напряжения. Повыщение же коэффициента стабилизации последовательным включение.м нескольких операционных усилителей усложняет устройство. Наиболее близким к изобретению техническим рещенйем является ко.мпенсациопный стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий регулирующий транзистор, включенный последовательно со входными и выходны.ми выводами, дифференциальный усилитель на двух транзисторах, к одно.му из входов которого подключен источ1Н1к опорного напряжения на стабилитроне, а к другому - измерительный орган на резисторах, причем один из выходов усилителя соединен с базой регулируюц-1его транзистора 3. Целью изобретения является повышение коэффициента стабилизации при низких значениях питающего напряжения. Это достигается тем, что стабилизатор снабжен дополнительным переменным резистором. включенным в верхнее плечо измерительного органа между выходным силовым выводом регули р ющего транзистора и входным выводом измерительного органа, причем средний вывод дополнительного резистора подключен к другому выходу дифференциального усилителя. На чертеже представлена принципиальная схема компенсационного стабилизатора. Стабилизатор содержит регулирующий транзистор 1, дифференциальный усилитель на транзисторах 2 и 3, эмиттеры которых через резистор 4 подключены к общей шине; источник опорного напряжения на стабилитроне 5 и резисторе 6 и измерительный орган иа резисторах 7 - 9. Резистор 9 - переменный и его средний вывод подключен к одному из выходов усилителя, а другой выход усилителя соединен с базой регулирующего транзистора 1 и через нагрузочный резистор 10 - ко входному силовому выводу транзистора 1. Питающее напряжение подается на коллектор регулирующего транзистора 1. Выходное напряжение стабилизатора, снимаемое с эмиттера регулирующего транзистора 1, стабилизируется с помощью стабилитрона 5 и резистора 6. Это же напряжение делится делителем, состоящим из резисторов 7 -9г в таком отно1иени1(, чтобы напряжение, снимаемое с резистора 9, было равно напряжению стабилитрона 5 только при номинальном напряжении стабилизатора. Разность между указанными значениями напряжений воздействует на дифференциальный усилитель, транзисторы 2 и 3 которого из-за наличия общего эмиттерного резистора 4 работают в противофазе. Любое изменение дйд выходного напряжеч1ия Ug вызывает разбаланс входных напряжений усилителя, выходное напряжение которого, подаваемое иа баЗУ транзистора 1, всегда противоположно по знаку 4U2 и поэтому уменьшает величину AU. Такой режим работы является основой всех классических схем компенсационных стабилизаторов напряжения и соответствует верхнему по схеме положению движка резистора 7, т. е. R1 0, где R - сопротивление верхней части резистора 7. При R О разбаланс усилителя, вызванный первоначально отклонением 4 Us, можно обеспечить падением напряжения на R, так как изменение тока коллектора транзистора 2 совпадает по знаку с отклонением U2, т. е. произвести замещение величины Ьг, необходимой для регулирующего действия стабилизатора. В этом случае выходное напряжение стабилизатора остается неизменным. Пусть транзисторы 2 и 3 усилителя имеют некоторую крутизну управления S, характеризуюп ую чувствительность схемы. Тогда при изменении питающего напряжения Ui на величину AUi выходное напряжение стабилизатора изменится первоначально на величину AU2. Из-за наличия внутреннего сопротивления Го стабилитрона 5 опорное напряжение также .получает приращение AUo го (R -f Го) ALb, где R - сопротивление резистора 6. Тогда компенсирующее воздействие усилителя на регулирующий транзистор 1 приближенно равно AUi: AU, S-R,o-AUj(K« R + i-o - Здесь AU2(Ki, - ) - сигнал разбаланса усилителя, необходимый для регулирующего воздействия, может быть замещен изменением падения напряжения на участке R резистора 7, т. е. необходимо выполнить равенство -)5.ли,(К„-)К Лиа(Киоткуда получаем R 4При таком выборе участка R происходит полная компенсация отклонения AUa выходного напряжения независимо от параметров источника опорного напряжения. Поскольку же быстродействие транзисторов усилителя, как правило, много выще быстродействия силового регулирующего транзистора 1, то рассмотренный процесс протекает непрерывно и отклонение лиг компенсируется в динамике. В стабилизаторе статический коэффициент стабилизации может быть бесконечным, а динамический коэффициент стабилизации зависит от быстродействия усилителя. Данный стабилизатор выгодно отличается от известных возможностью получения бесконечного коэффициента стабилизации при любых значениях г о стабилитрона и коэффициента усиления усилителя. Использование такого стабилизатора наиболее эффективно в портативных измерительных устройствах с питанием от батарей. В таких устройствах одновременно ограничены возможности увеличения числа источников питания, увеличения коэффициента усиления усилителя и уменьщения внутреннего сопротивления стабилитрона, а требования к стабильности выходного напряжения весьма высоки. Формула изобретения Компенсационный стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий регулирующий транзистор, включенный последовательно со входными и выходны.ми выводами, дифференциальный усилитель на двух транзисторах, к одному из входов которого подключен источник опорного напряжения на стабилитроне, а к другому - измерительный орган на резисторах, причем один из выходов усилителя соединен с базой регулирующего транзистора, отличающийся тем, что, с целью повыщения коэффициента стабилизации при низких значениях питающего напряжения, он снабжен дополнительным переменным резистором, включенным в верхнее плечо измерительного органа между выходным силовым выводом регулирующего транзистора и входным выводом измерительного органа, причем средний вывод дополни тельного резистора подключен к другому выходу дифференциального усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. «Источники электропитания на полупроводниковых приборах, под ред. Додика С. Д. и

Гальперина . И., М., «Сов. радио, 1969, с. 102, рис. 111.5.

2.Заявка Японии № 50-9335, МКИ 58 Н 161, 1975.

3.Карпов В. И. «Полупроводниковые компенсационные стабилизаторы напряжения и тока, М., «Энергия, 1967, с. 122.