Компенсационный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1980 года по МПК G05F1/56 

(54) КОМПЕИСДиИОННЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в качестве вторичного источника электропитания эпектро- и радиоустройств. Известны компенсационньге стабилизаторы постоянного напряжения, содержашие регулирующий элемент и цепь обратной связи, состоящую из делителя выходного напряжения и операционного усилителя |l Наиболее близким к изобретениго техническим решением является компенсационный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий элемент, подключенный одним силовым зажимом к одному из входных выводов, а другим к одному из выходных выводов, цепь обратной связи, состоящую из делителя выходного напряжения, подключенного к выходным выводам, и операционного усилите ля, один из входов которого соединен с выходом делителя выходного напряжения, а другой - с источником опорного напряжения, и фильтрующий конденсатор, подключенный к выходным выводам 2 . Недостатком известных стабилизаторов $галяется склонность к самовозбуждению, обусловленная паразитной обратной связью через источники питания, а также сложность схемы. Цель изобретения - повышение устойчивости работы при одновременном упрощении схемы, а также уменьшение выходного тока операционного усилителя. Поставленная цель достигается тем, что в компенсационный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий элемент, подключенный одним силовым зажимом к одному из входных выводов, а другим - к одному из выходных выводов, цепь обратной связи, состоящую из делителя выходного напряжения, подключенного к выходным выводам, и опорпционного усилителя, один из входов которого соединен с выходом делителя выходного напряжения, а другой - с источником опорного напряжения, и фильтрующий конденсатор, подключенный к выходным выводам, введена связующая цепочка, состо5пцпя из Ц последовательно соединенных стабилитронов и включенная между выходом операционного усилителя и управляющим входом регулирующего элемента, причем опии зажим этой цепочки, соединенимй с управляющим входом регулирующего элемента, через первый дополнительно введенный резистор подключен к дополнительно введенному вспомогательному источнику питаюшего напряжения той же полярности, что и стабилизируемое напряжение, а другой зажим через второй дополнительно введенный резистор соединен с полюсом источника питания операционного усилителя, полярность которого протигоположна.полярности стабилизируемого напряжения, при этом общий вывод операционного усилителя, вторые полюсы источников питания и опорного напряжения соединены с общей шиной, кроме того в него введен эмиттерный повторитель на транзисторе, база которого соединена с выходом операционного усилителя, эмиттер подключен к точке сое динения второго резистора с зажимом свя зующей цепочки, а коллектор - к точке соединения первого резистора, с вспомогательным источником питакзцего напряжения. На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема компенсационного ста билизатора постоянного напряжения; на фиг. 2 - то же, один из примеров. /Компенсационный стабилизатор постоян ного напряжения (фиг. 1) содержит после довательный регулирующий элемент 1, представляющий собой однокаскадный или составной эмиттерный повторитель, включенный между входом и выходом стабилизатора, цепь обратной связи между выходом стабилизатора и управляющим входом регулирующего элемента 1 (базой транзис тора), вкл}очаклцую делитель выходного напряжения на резисторах 2 и 3, операци онный усилитель 4, связывакшую цепочку 5 между выходом операционного усилител 4 и. управляющим входом регулирующего элемента 1, состоящую из N последовательно соединенных стабилитронов, два ре зистора 6 и 7 на входе и выходе связую щей цепочки 5, конденсатор фильтра 8, включенный на выходе стабилизатора. Питание операционного усилителя осуществляется от двух заземленных источников и -, Общий вьтод операционного усилителя 4 и источник опорного напраяжения также заземлены. Для уменьшения выходного тока опера ционного усилителя компенсационный стабилизатор постоянного напряжения (фиг. 2) снабжен дополнительным эмиттерным пов.торитедем на транзисторе 9, база которого присоединена к выходу операционного усилителя 4, эмиттер - к общей точке резистора 7 и связующей цепочки 5, а коллектор и резистор 6 - ко входу стабилизатора. Напряжение, снимаемое с резистора 3 делителя выходного напряжения, сравнивается с опорным напряжением (J , подаваемым на вход операционного усилителя 4 от отдельного источника спорного напряжения, усиливается и через связующую цепочку 6 передается на управляющий вход регулирующего элемента 1 (базу транзистора), изменяя его проводимость таким образом, что выходное напряжение стабилизатора остается постоянным при изменешш сопротивления нагрузки и входного напряжения. С помощью связующей цепочки 5 усиленный сигнал рассогласования передаётся на вход регулирующего элемента без потерь, как При гальванической связи, однако с переносом на другой, выбранный уровень постоянной составляющей. Это позволяет заземлить точку нулевого потенциала операционного усилителя и сущест- венно упростить устройство, Работу связующей цепочки можно пояснить следующими двумй соотнощениями: . . где Up напряжение управляющего входа регулирующего элемента; выходное напряжение операционного усилителя; напряжение стабилизации используемого стабилитрона или суммарное напряжение стабилизации N стабилитронов; I - ток, протекающий через резистор 6; IP - управляющий ток регулирукндего элемента; 1у - выходной ток операционного усилителя; 1 - ток, протекающий через резис. тор 7; ток, протекающий через стабилитрон (стабилитроны). Из соотношения (1) следует, что в процессе регулирования выходного напря- . жения разность потенциалов между управлякщим входом регулирующего элемента и выходом операционного усилителя не меняется. Из соотношения (2) следует, что при 1ч/ 0 (имеющим место при небольшом отрицательном напряжении Uy ) весь ток протекает через резистор 7. При более низком выходном напряжении усилителя выходной ток I меняет знак (становится втекающим). Максимальные пределы регулирования выходного напряжения определяются размахом напряжения на выходе операционного усилителя. Величина выходного, тока операционного усилителя, как втекающего, так и вытекакдцего, зависит от выходного напряжения стабилизатора, тока нагрузки, напряжения источников Е, и Ь,величин сопротивлений резисторов 7 и 8 и других причин, и, как правило, не превышает пре дельно допустимого значения для выбранного операционного усилителя. В противном случае, необходимо принять меры для уменьшения выходного тока, а именно, включить эмиттерньгй повторитель, как по казано на фиг. 2. Источник напряжения Е совместно с резистором 8 можно рассматривать как генератор тока, необходимый для работы связукяцей цепочки и регулирукшего элемента. В тех случаях, когда разность меж ду входным и выходным напряжениями велика, в качестве источника Е, можно использовать входное напряжение стабилизатора. С этой целью резистор 8 должен быть присоединен ко входу стабилизатора (фиг. 2).г Требуемое количество стабилитронов определяется по формуле Ном номинальное (среднее) значение выходного напряжения стабилизатора} U(. -- напряжение стабилизации используемых стабилитронов. Полученное значение ц округляется до ближайшего целого числа. При непосредственной связи выхода усилителя с управляющим входом регулирукшего элемента резисторы 6 и 7 могут отсутствовать. Формула изобретения 1. Компенсационными стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регули773.6 руюший элемент, подключенный одним силовым зажимом к одному из входных выводов, а другим - к одному из выводов, цепь обратной связи, состоящую из делителя выходного налряжет1Я, подключенного к выходным выводом, и операционного усилителя, один .аз входов которого соединен с выходом делителя выходного напряжения, а другой - с источником опорного напряжения, и фильтрующий конденсатор, подключенный к выходным выводам, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости работы при одновременном упрощении схемы, в него введена связующая цепочка, состоящая из последовательно соединенных стабилитронов и включенная между выходом операционного усилителя и управляющим входом регулирующего элемента, причем один зажимэтой цепочки, соединенный с управлякшим входом регулирующего элемента через первый дополнительно введенный резистор подключен к дополт1тельно введенному вспомогательному источнику напряжения той же полярности, что и стабили- зируемое напряжение, а другой зажим через второй дополнительно введенный резистор/ соединен с полюсом источника питания- операционного усилителя, полярность которого противоположна полярности стабилизируемого напряжения, при этом общий вывод операционного усилителя, вторые полюсы источников питания и опорного напряжения соединены с общей шиной. 2. Стабилизатор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения выходного тока операционного усилителя, в него введен эмиттерный повторитель на транзисторе, база которого соединена с выходом операционного усилителя, &миттер подключен к точке соединения второго резистора с зажимом связующей епочки, а коллектор - к точке соединения первого резистора с вспомогательным источником питающего напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Венгеровский Л. В. и Внйнштейн . X. Прецизионные полупроводниковые табилизаторы-. М., Энергия, 1974, . 89-1ОО, 2, Костырко Р. Е. и Вишнепольская Линейные стабилизаторы напряжеия.-Сб. Обмен опытом в радиопромышенности, 1976, № 1О, с. 52-54.