Интегральный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1979 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в цепях питания различной радиоэлектронной аппаратуры.

Известны интегральные стабилизаторы постоянного напряжения l и 2.

Первое из известных устройств содержит регулирующий элемент и орган управления, включающий опорный элемент, вы- пцлненный в виде термокомпенсированного усилителя l. Недостатком такого устройства является невысокий коэффициент стабилизации.

Второе из известных устройств |2J, являющееся наиболее близким техническим решением к предложенному, содержит регулирующий элемент, включенный в одну из силовых шин, цепь; отрицательной обратной связи, входом подключенную к выходным выводам, а выходом к одному из входов для сравнения к другому входу которого подключен опорный элемент, выполненный в виде термоком- пенсирукадего усилителя, выход узла

сравнения соединен с управляющим в.ходом регулирующего элемента, и независимый генератор тока.

Недс статком этого устройства является низкий коэффициент стабилизации при малых напряжениях питания.

Целью изобретения является повышение коэффициента стабилизации при малых напряжениях питания.

Поставленная цель достигается тем, что в интегральном стабилизаторе постоянного напряжения, содержащем регулирующий элемент, включенный в одну из силовых шин, цепь отрицательной обратной связи, входом подключенную к вьпсодным выводам, а выходом к одному из входов узла сравнения, к другому входу которого подключен опорный элемент, выполненный в виде термокомп ексированного усилителя, вьЕсод узла сравнения соединен с управляющим входом регулирующего элемента, и независимый генератор тока, последний вьтсшнен в виде умножающего токового повторителя, вход которог соединен с выходными выводами через введенный дополнительно усилитель и с коллектором дополнительно введенного транзистора с заземленным эмиттером, база которого подключена ко входу термокомпенсированного усилителя. На фиг. 1 представлена принципиальная схема стабилизатора; на фиг. 2 модель термокомпенсированного усилител из двух нелинейных элементов; на фиг. 3 вольт-амперные характеристики составны частей опорного элемента. Стабилизатор содержит (фиГ), 1) регулирующий элемент 1, цепь 2 отрицательной обратной связи, узел сравнения 3, опорный элемент на базе термокомпенсированного усилителя 4, умножающий токовый повторитель 5, транзистор 6 и усилитель 7 дополнительной отрицательной связи, транзисторы 8, 9 термокомпенсированного усилителя, БД - источник питанйя, 10 -« контрольная точка. Узел уравнения 3 и цепь 2 отрицательной обратной связи обеспечивают автоматическое управление, регулирующим элементом 1 таким образом, что выходное напряжение стабилизатора является функцией опорного и не зависит от величины напряжение питания, г.е. оно является жестко связанным с отсчетным (опорным) напряжением Uj) , которое подается на один из входов узла сравнения. Поэтому стабильность термокомпенсированного усилителя (ТКУ) прежде и более всего определяет стабильность выходного напряжения стабилизатора. Термокомпенсированный усилитель 4 при вполне допустимом пренебрежении базовыми токами транзисторов 8 и 6 (фиг. 1 между точкой 10 и землей может быт представлен двумя независимыми нелиней ными элементами (фиг. 2). Первый нелинейный элемент (НЭ) 11 отображает вольт-амперная характеристи ка (ВАХ) первого каскада ТКУ (практически это ВАХ последовательного соединения диода и сопротивления),, а второй нелинейный элемеит 12 - ВАХ второго и третьего каскадов ТКУ (ВАХ, близкая к экспонента),. На фиг. 3 указанные ВАХ показаны кривыми 13 и 14 соответственно. ВАХ НЭ 12 учитьшает также ГОК нагрузки. Теперь предаоложйм, что между ЕН и точкой 10 (фиг. 2) встроен генератор тока 15, величина тока которо го жестко связана с током I НЭ 11, т.е. 1 г п Т где ц - положительное число, обязательно большее единицы (если , система уверенно будет скатываться к нулевым значениям то ков). Тогда баланс токов (первый закон Кирхгофа) в точке 10 будет вьфажаться условием IpjoI i (п- ) Графическое решение этого условия показано на фиг. 3 пересечениемкривых 1 , и 1-1,(ии) в точке 16. Как видно из фиг. 3, напряжение U равновесного, устойчивого состояния вообще не зависит от напряжения источника питания, а определяется только ВАХ нелинейных элементов и коэффициентом И, т.е. такая система теоретически абсолютно стабильна по Е .. ( . Отличие коэффициента К. of теоретического значения будет определяться качеством генератора тока 15, т.е. величиной его динамического сопротивления (которое велико) относительно динамического сопротивления ТКУ (которое мало). Практическая реализация этой системы (фиг, 1) обеспечивается с прмо.щью транзистора 6 и токового повторителя 5, Схема работает следующим образом. Транзисторы 6 и 9 в совокупности со ставляюг токовый повторитель, поэтому коллекторный ток транзистора 6 равен коллекторному току транзистора 9 (т.е. току через НЭ 11 на фиг. 2). Далее, так как коллекторный ток транавстора 6 является входным током токового повторителя «5, который вьшолнен с умножением (удвоением - на фиг. 1), то йа выходе последнего будет умноженное значение этого тока, а поскольку выходным элементом токового повторителя является генератор гока, система согласно фиг. 2 является полностью рвали-, ованной в принципиальной схеме на фиг, 1. Однако, если оставить систему в таком виде, т.е. без усилителя 7, то нельзяточно быть уверенньпл, что на выходе будет необходимое Б самом деле, в начальньгй момент (когда включают напряжение питания) UQI, О, поэтому коллекторный ток ( I ц ) транзистора 9 равен нулю, поэтому , выходной ток токового повторителя равен нулю, УОП 0 и т.д., словом, обычный результат действия, получившийся в результате введения новых элементов положительной обратной связи, т.е. второе устойчи- . вое состояние системы. Для уверенного вкллэтения, т.е. для однозначной организации рабочей точки 16 (фиг. 3) и придания схеме качества хорошей помехоустойчивости, в данную схему дополнительно введен усилитель 7, через который 565 создается отрицательная обратная связь с выхода стабилизатора. Схематично действие усилителя еледующее, Если UonO, то UCT -О Тогда выходной каскад усилителя включен, а поскольку ток выходного каскада усилителя 7 является входным током токового повторителя 5, то это значит, что ТКУ будет запитываться током независимо от того, есть ли коллекторный ток в транзисторе 9. Этот ток вызывает повышение напряжения в точке 10 до Uon включение элементов петли положительной обратной связи через транзистор 6. Одновременно установление UQ обеспечивает появлёние на выходе стабилизатора напряжения , которое включает первые каскады усилителя 7 и вьпслючает его выходной каскад. Таким образом после установления Uj. усилитель кикак не воздействует на работу элементов организации опорного напряжения. Формула изобретения Интегральный стабилизатор постоянно го напряжения, содержащий регулирующий элемент, включенный в одну из силовых 4/6 Ц1ин, цепь отрицательной обратной связи, аходом подключенную к выходным выводам, а выходом - к одному из входов узла сравнения, к другому входу которого подключей опорный элемент, выполненный в виде термокрмпенсированного усилителя, выход узла сравнения соединен .с управляюшим входом регулирующего элемента, и независимый генератор тока, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента стабилизации при малых напряжениях питания, независимый генератор тока выполнен в виде умножающего токового | .повторителя, вход которого соединен с выходными вьюодами через введенный дополнительно усилитель и с коллектором дополнительно введенного транзистора с заземленным эмиттером, база которого подключена ко входу термокомпенсированного усилителя, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Шило В. Л. Линейные интегральные схемы. Мф, Советское радио, 1974, с, 200. 2,Стабилизатор NC 521.-Каталог M-icroeeectronic .Изд-во РегgramonPrslse,1968-1969, с. 542.

f/,

1

15

11

ffmn/ff, 1

фиь.з

Уа

n

i(