Регулирующий элемент стабилизатора Советский патент 1981 года по МПК H02M1/00 G05F1/56 

(54) РЕГУЛИРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ СТАБИЛИЗАТОРА

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в схемах стабилизаторов напряжения и тока.

Известны регулирующие элементы (РЭ) стабилизаторов тока и напряжения, выполненные на составных транзисторах 1, 2 и 3J.

Наиболее близким к предлагаемому по технической с тцности является регу17 1ирую1ций элемент стабилизатора, содержащий силовой транзистор, база которого соединена с эмиттером-согласующего транзистора,- входной транзистор, эмиттер которого подключен к базе согласующего транзистора, и токостабилизирующий каскад, состоящий из токостабилизирующего транзистора, база которого подключена к коллектору, согласующего транзистора, а эмиттер через резистор соединен с коллектором силового транзистора, и источника опорного напряжения/ включенного мезкду коллекторами силового и согласующего транзисторов 3.

Недостатком известных .устройств является их сравнительно низкое внутреннее сопротивление, что снижает область их применения.

Известный регулирующий элемент .может быть представлен эквивалентным трехполюсником, параметры которого определяются параметрами входящих в него элементов. Рассматривая базу входного транзистора известного РЭ как базу эквивалентного трехполюсника (транзистора), можно показать/ что при холостом ходу в цепи эмиттера

10 его силового транзистора внутреннее сопротивление РЭ не превышает величины

R- ft-Y. ч,

vi-- 1

wen

где У, - проводимость коллектор-база токостабилизирующего тран- .

15 зистора при включении по схеме с общей базой} УО - проводимость коллектор-база входного транзистора при включении по схеме с общей

20 базой.

Так как в большинстве случаев МОм/ то из (1) следует, что внутреннее сопротивление известного

25 РЭ не превьлиает 500 кОм. Обычно этого йедостаточно для построения высоко-качественных генераторов тока (ГТ), выполненных/ например, по схеме с глубокой отрицательной .обратной связью. Действительно, для базовой схемы ГТ выходное сопротивление определяется формулой где R - внутреннее сопротивление регулирующего элемента в режиме холостого хода эмиттерной цепи. Таким образом, недостаточно высо ое значение сопротивления известног устройства ограничивает его применение. . Цель изобретения - расширение области применения регулирующего эле мента путем повышения его внутреннего сопротивления. Поставленная цель достигается тем, что в регулирующем элементе стабилизатора коллектор токостабилизирующего транзистора соединен с базой согласующего транзистора, а коллектор входного транзистора подключен к эмиттеру силового транзистора На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема регулирую щего элемента стабилизатора; на фиг 2 - один из вариантов этой схемы; на фиг. 3 - эквивалентная схема РЭ. Устройство (фиг. 1) содержит сило вой 1 и согласующий 2 транзисторы, между коллекторами которых включен источник 3 опорного напряжения. Баз транзистора 1 соединена с эмиттером транзистора 2. К коллектору транзис тора 2 подключена база токостабилизирующего транзистора 4. Между коллектором транзистора 1 и эмиттером транзистора 4 включен резистор 5. Коллектор транзистора 4 соединен с базой транзистора 2 и эмиттером входного транзистора 6. Коллектор транзистора 6 подключен к эмиттеру транзистора 1. Предлагаемое устройс во является по существу трехполюсни ком (составным -транзисторов) , узел , которого эквивалентен коллектору, узел 8 - базе, а узел .9 - эмиттеру. В качестве транзисторов 1 и 2 могут использоваться составные транзистор В схеме (фиг. 2) согласующий транзистор включает транзисторы 10 и 11. В частном случае надлежащий режим по току транзистора 11 устанавливается резистором 12. Эквивалентная схема регулирующег элемента (фиг. 1), на основе которо рассчитывается внутреннее сопротивление РЭ, приведена на фиг. 3. Эта схема включает в себя проводимости коллектор-база У ,y/j и У соответст вующих транзисторов 4, 2 и 1 и упро щенную эквивалентную схему транзистора 6, содержащую зависимый генера тор токаА и узлы Э, Б, и К, где etfe - коэффициент передачи ток эмиттера. Генератор тока Iр устанавливает статический режим Рд. Так как сопротивление резистора 5 выбирается весьма большим, в схеме (фиг. 3) он замещен генератором постоянного тока. Устройство (фиг. 1) работает следующим образом. Предположим, что напряжение на узле 7 регулирующего элемента изменилось на величину ,, При этом потечет ток через сопротивление коллектор-база транзистора 1 (R, ) , который компенсируется по цепи: эмит тер и коллектор транзистора 2, источник 3 опорного напряжения, узел 7. Потекут также токи через сопротивления коллектор-база транзисторов 2 и 4 (R Vya/ 4 /Уд ) fкоторые поступают вначале в эмиттер транзистора 6, далее в эмиттер транзистора 1, а затем в узле 7 происходит их компенсация. Для доказательства преимуществ предлагаемого устройства достаточно убедиться, что его внутреннее сопротивлениеR тс.ч(Уа + У + У-)- (3) Рассмотрим эквивалентную схему (фиг. 3) и найдем отношение угк: бы 1 1 Ч6Ы Согласно определению расчет У следует выполнять при холостом ходу в эмиттерной цепи транзистора 1. На схеме (фиг. 3) этот режим создается генератором тока 1 , который имеет большое внутреннее сопротивление. Для наглядности изложения транзистор 6 в схеме (фиг. 3) заменен простейшей эквивалентной схемой. В устройстве основное влияние на У,- оказывают проводимости коллекторбаза транзисторов 1, 2 и 4, действие которых (фиг. 3) моделируется элементами У , У/ и Уд. Из рассмотрения фиг. 1 и фиг. 3 следует, что все Приращение U g(,,y прикладывается к переходам коллекторбаза транзисторов 1, 2 и 4. Поэтому токи через элементы У , У- и равныii (5) . . i Ugbij Y / (6) i UBbivY j . (7) С другой стороны на основе первого закона Кирхгофа ()b6(-4)() в). Преобразуя (8) с учетом (5)-(7), находим lVVO- b)Ueb.x VaH-Ч), (3) где Ug,Y,))-, (--о Последним слагаемым в уравнении (10) можно пренебречь, так как itft,(-«-iKvV ii 2 4- (1) Следовательно, 4bix- eb,)))()X. (1) Таким образом, , --()()()()%- ()

Сравнивая (13) и (1)/ можно убедиться, что в предлагаемом устройстве внутреннее сопротивление в Ю-ЮО раз выше, чем в известном РЭ. Физически это можно объяснить еще и тем, что в предлагаемом объекте имеется слабая положительная обратная связь, которая повышает R;,.

Экспериментальные исследования известной и предлагаемой схем показывают, что при введении новых связей согласно формулы изобретения Кц повышается с 500-1000 кОм до 90-100 МО Это позволяет выполнять на основе предлагаемого устройства более высококачественные стабилизаторы тока.

Дополнительным достоинством предлагаемого РЭ является более высокое, чем у известного входное сопротивление по цепи базы транзистора 6. Кроме этого, он имеет более высокий коэффициент передачи тока из узла 9 к узлу 7 при коротком залыкании в цепи узла 8.

В общем случае в качестве силовог и согласующего транзисторов могут использоваться составные транзисторы (фиг. 2). При этом пути прохождения компенсирующих токов (фиг. 3) не изменяются и величина регулирующего элемента остается весьма высокой. Формула изобретения

Регулирующий элемент стабилизатора, содержащий силовой транзистор.

7

база которого соединена с эмиттером согласующего транзистора, входной транзистор, эмиттер которого подключен к базе согласующего транзистора, и токостабилизирующий каскад, состоящий из токостабилизирующего транзистора, база которого подключена к коллектору согласукнцего транзистора, а эмиттер через резистор соединен с коллектором силового транзистора, и источника опорного напряжения, вклю0ченного между коллекторами силового и согласукицего транзисторов, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения регулирующего элемента путем повышения

5 его внутреннего сопротивления, коллектор токостабилизирующего транзистора соединен с базой согласующего транзистора, а коллектор, входного транзистора подключен к эмиттеру

0 силового транзистора. .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

5 Транзисторные сглаживающие фильтры. М., энергия, 1979, с. 116-117, рис. 5-3.

0

(PUl.f

-03

12

i/r/«i t/

tj/ tKf

fff

hs

li

(Pui.3