Регулируемый стабилизатор напря-жЕНия Советский патент 1981 года по МПК G05F1/56 

(54) РЕГУЛИРУЕМЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к стабилизированным регулируемым источникам питания и может быть использовано в качестве стабилизатора напряжения с широким диапазоном изменения выходных параметров, в частности оно может быть использовано в качестве источника калиброванных напряжений для радиоизмерительной аппаратуры. Известен стабилизатор напряжения, содержащий регулирующий элемент на составном транзисторе, усилитель обратной связи, измерительный элемент и цепь подпитки, состоящую из резистора, включенного между базой проходного транзистора и выходной щиной стабилизатора. В этом стабилизаторе сопротивление резистора подпитки определяется для минимального выходного напряжения и тока подпитки (Jn) большего, чем максимальный неуправляемый, ток проходного транзистора 1. При изменении выходного напряжения ток через резистор подпитки изменяется прямо пропорционально изменениям выходного напряжения стабилизатора. Следовательно такой стабилизатор при щироком диапазоне выходных напряжений и малых токах нагрузки имеет низкий КПД, большой вес и массу. Известен также стабилизатор напряжения, в котором резистор подпитки регулирующего элемента одним выводом подключен к базе проходного транзистора, а другим через диод подключен к одному из полюсов дополнительного источника питания, другой полюс которого подключен к коллектору регулирующего элемента 2. В данном стабилизаторе ток подпитки определяется напряжением дополнительного источника UD, причем это напряжение должно быть существенно больше максимального напряжения на регулирующем элементе UKJ . При неизменном в.ходном напряжении в регулируемых стабилизаторах Ькз .меняется весьма значительно, что не позволяет существенно улучшить КПД стабилизатора при малых токах нагрузки, а применение дополните 1ьного источника питания ухудшает весо-габаритные показатели стабилизатора. Изменение же входного напряжения требует применения либо управляемых выпрямителей, либо регулирования напряжения на стороне переменного тока. Как то так и другое усложняет схема стабилизатора, а при малых выходных токах, близких к режиму холостого хода стабилизатора существенно ухудшает его весо-габаритные показатели и не позволяет получить высокий КПД. Кроме того, управляемые выпрямители и системы регулировки входного напряжения блоков питания как правило являются источниками высокочастотных помех, что затрудняет и-х применение совместно с высокочувствительной радиоизмерительной аппа|}атурой. Цель изобретения - улучшение весо-габаритных показателей стабилизатора напряжения и. увеличение его КПД при одновременном обеспечении широкого диапазона-изменения выходных параметров стабилизатора. Цель изобретения достигается тем, что в регулируемом стабилизаторе напряжения, содержащем регулирующий элемент, усилитель обратной связи, измерительный элемент и цепь подпитки, цепь подпитки выполне на в виде датчика тока подпитки, оптронного резистора и дополнительного усилителя, причем один выход фоторезистора оптрона подключен к выходной шине стабилизатора, а второй вывод - через датчик тока к проходному транзистору регулирующего элемента, выход датчика тока подпитки соединен со входом усилителя, выход которого подключен к светоизлучателю оптрона. Причем датчик тока под,питки может быть выполнен в виде транзистора, к базе которого подключен фоторезистор оптрона, эмиттер соединен с проходным транзистором регулирующего элемента, а коллектор - со входом дополнительного усилителя. Датчик тока подпитки может быть выполнен так же в виде резистора, один вывод которого подключен к проходному транзистору регулирующего элемента и к одному из входов дополнительного усилителя, а второй вывод - к фоторезистору оптрона и ко второму входу дополнительного усилителя. Кроме того, датчик тока подпитки одним из выводов может быть подключен либо к базе, либо к эмиттеру проходного транзистора регулирующего элемента. На фиг. 1-5 представлена схема предлагаемого регулируемого стабилизатора напряжения. Схема состоит из регулирующего элемента 1, датчика 2 тока подпитки, оптронного резистора 3, дополнительного усилителя 4, усилителя 5 обратной связи, включающего в себя, в случае необходимости также согласующии каскад, и измерительного элемента 6. Устройство работает следующим образом. Если при некотором выходном напряжении стабилизатора Uewx. через датчик 2 тока и фоторезистор оптрона 3 протекает ток Jn, то увеличение УВЫХ. вызывает увеличение J|7, которое фиксируется датчиком 2 тока подпитки, и на его выходе появляется сигнал. Этот сигнал пройдя через усилитель 4 вызывает уменьшение тока через светоизлучатель оптрона 3, что в свою очередь приводит к увеличению сопротивления фоторезистора оптрона 3 и, следовательно, к уменьшению Jn до исходной величины.. При уменьшении UgMx, процесс проходит в обратном порядке и величина Jn опять остается неизменной. Таким образом при любом изменении выходного напряжения ток .подпитки Jn остается практически неизменным. При этом очевидно, что чем выше чувствительность датчика 2 тока подпитки и коэффициент усиления дополнительного усилителя 4, тем неизменней ток J,i. На фиг. 2 представлена схема включения транзистора в качестве высокочувствительного датчика 2 тока подпитки. Так как ток подпитки Jn является базовым током этого транзистора, то выходной ток его в /J раз больше, соответственно и любые изменения Jp в раз больще. Практически это значит, что усилитель 4 может быть со сравнительно малым коэффициентом усиления, например в виде однотранзисторного каскада. В данной схеме выходной ток датчика 2 тока подпитки является частью выходного тока усилителя 5 обратной связи. Если дополнительно нагружать усилитель обратной связи по каким либо причинам нежелательно, то можно использовать схему, изображенную на фиг. 3, где в качестве датчика 2 тока подпитки используется резистор, одним выводом подключенный к проходному транзистору регулирующего элемента 1, а вторым - к фоторезистору оптрона 3. Оба вывода резистора кроме того подключены ко входам дополнительного усилителя 4. В это.м случае в качестве дополнительного усилителя удобнее всего использовать операционный усилитель. Усилитель 5 обратной- связи дополнительно не нагружается также в том случае, если датчик 2 тока подпитки подключен не к базе проходного транзистора регулирующего элемента 1, а к эмиттеру, так как это изображено на фиг. 4. Последнюю схему удобно использовать, если в качестве регулирующего элемента 1 применены транзисторы со встроенными между базой и эмиттером резисторами утечки, например, типа КТ827 или КТ829. Если в применяемом проходном транзисторе нет встроенного резистора, то его следует предусмотреть в схеме. Работа без такого резистора утечки возможна, если применяется используемая в регулируемых стабилизаторах на повыщенние напряжения схема, в которой усилитель 5 обратной связи запитывается от вспомогательных источников питания Ui и Ua., включенных, например, так, как показано на фиг. 5. В этом случае неуправляемый ток проходного транзистора регулирующего элемента 1 через усилитель 5 обратной связи и один из дополнительных источников питания поступает на выходную шину стабилизатора и оттуда через нагрузку замыкается на вторую шину стабилизатора. Во всех случаях питание дополнительного усилителя 4 осуществляется от тех же источников питания, от которых запитывается усилитель 5 обратной связи. Предлагаемый, регулируемый стабилизатор напряжения реализован практически и имеет следующие параметры: выходное напряжение изменяется от О до 200 В с дискретностью 0,2 В, ток нагрузки может меняться в пределах от О до 10 мА. В качестве проходного транзистора использован КТ604Б В цепи подпитки использован резисторный оптрон типа АОР104Б. Мощность потребляемая цепью подпитки (оптрон + дополнительный усилитель) не превышает 0,07 Вт. Таким образом предлагаемый регулируемый стабилизатор напряжения по сравнению с известными техническими решениями обладает лучшими весо-габаритными показателями и большим КПД при одновременном обеспечении широкого диапазона выходных параметров. Формула изобретения 1. Регулируемый стабилизатор напряжения, содержаший регулирующий элемент, включающий в одну из силовых шин, усилитель обратной связи, выход которого соединен с управляющим электродом регулирующего элемента, а вход - с выходом измерительного элеме«та, и цепь подпитки, отличающийся тем, что, с целью улучшения весо-габаритных показателей и увеличения КПД при одновременном обеспечении широкого диапазона изменения выходных параметров стабилизатора, цепь подпитки выполнена в виде датчика тока подпитки, оптронного резистора и дополнительного усилителя, причем один вывод фоторезистора оптрона подключен, к общей щине стабилизатора, а второй вывод - через датчик тока подпитки к проходному транзистору регулирующего элемента, выход датчика тока подпитки соединен со входом дополнительного усилителя, выход которого подключен к светоизлучателю оптрона. 2.Стабилизатор по п. 1, отличающийся тем, что датчик тока подпитки выполнен в виде транзистора, причем к его базе подключен фоторезистор оптрона, эмиттер - к проходному транзистору регулирующего элемента, а коллектор - ко входу дополнительного усилителя. 3.Стабилизатор по п. 1, отличающийся тем, что датчик тока выполнен в виде резистора, один вывод которого подключен к проходному транзистору регулирующего элемента и к Ьдному из входов дополнительного усилителя, а второй - к фоторезистору оптрона и ко второму входу дополнительного усилителя. 4.Стабилизатор по пп. 1, 2 и 3, отличающийся тем, что один из выводов датчика тока подпитки подключен к базе проходного транзистора регулирующего элемента. 5.Стабилизатор по пп. 1, 2 и 3, отличающийся тем, что один из выводов датчика тока подпитки под,ключен к эмиттеру проходного транзистора регулирующего элемента. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Карпов В. И. Полупроводниковые компенсационные стабилизаторы напряжения и тока. М., «Энергия, 1967, с. 53, рис. 35. 2.Авторское свидетельство СССР 371572, кл. G 05 F 1/56, 1971.