Стабилизатор напряжения постоянного тока Советский патент 1982 года по МПК G05F1/56 

1

Изобретение относится к электротехнике и может -быть использовано в схемах вторичных источников питания.

Известны схемы непрерывных стабилизаторов постоянного напряжения последовательного типа, содержащие регулирующий элемент, усилитель сигнала рассогласования и источники опорного напряжения и тока, связанные со входом стабилизатора ij.

Один из недостатков таких стабилизаторов - сравнительно невысокий коэффициент стабилизации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является стабилизатор напряжения постоянного . тока, содержащий регулирующий элемент, усилитель сигнала рассогласования, первый вход которого подключен к выходу регулирующего элемента и выходной клемме, источник опорного тока, выход которого соединен с управлякнцим входом регулирующего элемента и выходом усилителя сигнала рассогласования, а вход - с входной клеммой и входом регулирующего элемента; источник опорного напряжения, выход которого соединен со вторым входом усилителя и.который включает

в себя первый стабилитрон,подключенный к базе токостабилизирующего транзистора и через первый диод соединенный со вторым стабилитроном, делитель выходного эталонного напряжения, включенный между обшей шиной и эмиттером токостабилизирующего транзистора, управляемый стабилизатор тока,который выполнен на двух транзисторах,

10 резисторе и диоде, где коллектор первого транзистора подключен к первому стабилитрону, его эмиттер соединен с коллектором второго транзистора и через резистор подключен к входной

15 клемме, база первого транзистора подключена к эмиттеру второго транзистора, а база второго транзистора соединена с управл5;кнцим входом источника опорного тока и через второй диод 20 соединена с входной , к которой одним концом подсоединен токозадающий двухполюсник 2.

Недостатком указанного устройства 25 является невысокий коэффициент стабилизации, что обусловлено сравнительно высокой нестабильностью выходного напряжения опорного источника при изменении напряжения на входе 3D стабилизатора.

Цель изобретения - повышение коэффициента стабилизации стабилизатора постоянного напряжения.

Поставленная цель достигается введением в источник опорного напряжения двух дополнительных транзисторов причем база первого дополнительного транзистора соединена с первым стабилитроном, его эмиттер через введенный дополнительный резистор соединен с общей шиной, а коллектор подключен к эмиттеру второго транзистора управляемого стабилизатором тока, эмиттер второго дополнительного транзистора подключен к коллектору токостабилизирующего транзистора, коллектор этого дополнительного транзистора соединен с базой второго транзистора, управляемого стабилизатора тока, а база через введенный элемент опорного напряжения соединена со вторым стабилитроном и через токозадающий двухполюсник подключена к входной клемме.

На фиг, 1 приведена схема стабилизатора напряжения постоянного тока на фиг. 2 - эквивалентная схема источника опорного напряжения стабилизатора, необходимая для расчета параметров устройства.

Стабилизатор напряжения постоянного тока содержит регулирующий элемент 1, выход которого соединен с первым входом усилителя 2 сигнала рассогласования. Выход усилителя 2 соединен с управляющим входом.регулирующего элемента 1 и выходом источника 3 опорного тока. Второй вход усилителя 2 подключен к выходу источника 4 опорного напряжения. Источник 4 опорного напряжения включает в себя первый стабилитрон 5, подключенный к базе токостабилизирующег транзистора б и через первый диод 7 соединенный со вторым стабилитроном 8, делитель 9 выходного эталонного напряжения, включенный между общей шиной и эмиттером транзистора 6, управляемый стабилизатор 10 тока. Коллектор первого транзистора 11 стабилизатора 10 тока подключен к стабилитрону 5, его эмиттер соединен с резистором 12 и коллектором второго транзистора 13. База транзистора 11 подключена к эмиттеру транзистора 13, а база транзистора 13 соединена со входом источника 3 опорного тока и через второй диод 14соединена с резистором 12 и силовьм входом регулирующего элемента 1. База первого дополнительного транзистора 15 источника 4 соединена с базой транзистора 6, эмиттер транзистора 15 черв дополнительный резистор 16 соединен с общей шиной,а его коллектор подключен к эмиттеру транзистора 13. Эмиттер второго дополнительного транзистора 17 подключен к коллектору транзистора 6,

коллектор транзистора 17 соединен с базой транзистора 13, а база транзистора 17 через введенный элемент 18 опорного напряжения соединена со .стабилитроном 8 и через токозадающий двухполюсник 19 подключена к входной клемме. Выход регулирующего элемента 1 подключен к выходной клемме.

Устройство работает следующим образом.

Источник 4 опорного напряжения стабилизатора (фиг.1) имеет более высокую стабильность выходного напряжения UB,, от изменения входного напряжения сравнению с источником опорного напряжения известног стабилизатора, что и обусловливает повышенный коэффициент стабилизации предлагаемого стабилизатора. Действительно, коэффициент стабилизации стабилизатора напряжения при

const определяется соотношени Нем

ДЦвх

К

ст ли

ВЫХ где ли и bUg,

и,

ВЫ У

8У

Коэффициент К сеттавляющие

1 К

е

К,

ст -ст

где стл составляюта стабилизации, обунечностью петлевого и неидеальностью регмента 1 и источника

,

(3)

К

СТОП

является составляющей коэффициента стабилизации, обусловленной нестабильностью выходного напряжения U источника 4 опорного напряжения при изменении входного напряжения U, ;

Л.П

К„... коэффициент стает on ли t

бильности источника опорного напряжения при изменении напряжения на входе стабилизатора.

Из соотношений (2) и (3) следует что при большом петлевом усилении стабилизатора (KCT ) коэффициент стабилизации К,-,. ограничен конечным значением коэффициента стабильности К

ет- о„ источника опорного напряжения.

В источник 4 опорного напряжения стабилизатора (фиг.1) введены этого источника. Эквивалентная схема источника 4 (фиг.2) включает KPfe. ГКЕ , г.р - сопротивления закрытых коллекторных пере ходов- транзисторов 6,11,15 и 17; R Д5 - дифференциальное сопротивле ние стабилитрона 5. Диод 7 в схеме отсутствует, поскольку он открыт только в момент запуска стабилизато ра. Основная причина нестабильности источника 4 от изменения напряжения Ug - конечное значение диффере циального сопротивления стабилитрона 5 ( Ом для полупроводниковых стабилизаторов).Предположим, что напряжение на входе источника (фиг.2) изменяется на величину AUgj( На эту же величину изменяются напря жения коллектор-база транзисторов 11, 15 и.17. При этом через сопротивления ГКЕ- , КБ-П текут i . ток ,5 транзистора 15 поступает в цепь эмиттера и коллектора транзистора 13 и далее передается в цепь эмиттера и коллектора транзистора 11; при этом в цепи базы транзистора 15 происходит его компенсация, т.е. в стабилитрон 5 идет только незначительная часть этого тока. Аналогичным образом ток i транзистора 11 поступает в эмиттер и коллектор транзистора 13, эмиттер транзистора 11 и далее возвращается в коллектор тран зистора 11, где компенсируется. Ток i транзистора 17 компенсируется, но он не поступает в стабилитрон 5 и не создает нестабильности. Ток транзистора 6 также компенсируется и поступает в стабилитрон 5, но этот ток ничножно мал, поскольку при изменении входного напряжения U0X напряжение коллектор-ба за транзистора 6 практически не изменяется. Можно показать, что коэффициент стабильности источника 4 стабилизатора (фиг.1) определяется приближенным соотнсхиением к - Ц вХ Гцр- - (Ke, где ii-- коэффициент передачи по току транзистора 13 для сх мы с общей базой; К . - кoэффициeнt передачи дели теля 9 ) . Из соотношения (4) видно, что коэффициент К стоп Д- источника 4 может достигать очень больших величин (К стопою) В источнике опорного напряжения известного стабилизатора нет цепей компенсации выходной проводимости п-р-п транзисторов, осуществляется только частичная компенсация выходной п Иэводимости р-п-р транзистора, поэтому коэффициент стабильност К стоп этого источника (KcToh ) в 10-100 раз меньше, чем для опорного источника предлагаемого ста(билизатора. Таким образом, предлагаемый стабилизатор постоянного напряжения имеет в 10-100 раз более высокий коэффициент стабилизации по сравнению с известным стабилизатором,что обусловлено повышенной стабильностью его источника опорного напряжения от изменения выходного напряжения. Формула изобретения Стабилизатор напряжения постоянного тока,содержащий регулирующий элемент, усилитель сигнала рассогласования , первый вход которого подключен к выходу регулирующего элемента и выходной клемме, источник опорного тока, выход которого соединен с управляющим входом регулирующего элемента и выходом усилителя сигнала рассогласования, а вход с входной клеммой и входом регулирующего элемента, источник опорного напряжения, выход которого соединен со вторым входом усилителя и который включает в себя первый стабилит-г рон, подключенный к базе токостабилизируютпего транзистора и через первый диод соединенный со вторым стабилитроном, делитель выходного эталонного напряжения, включенный между общей шиной и эмиттером токостабилизирующего транзистора, управляемый стабилизатор тока, который выполнен на двух транзисторах, резисторе и диоде, где коллектор первого транзистора подключен к первому стабилитрону, его эмиттер соединен с коллектором второго транзистора и через резистор подключен к входной клемме, база первого транзистора подключена к эмиттеру второго транзистора, а база второго транзистора соединена с управляющим входом источника опорного тока и через второй диод соединена с входной клеммой, к которой одним концом подключен токозадающий двухполюсник, отличающийся тем,что, с целью повышения коэффициента стабилизации, в источник опорного напряжения введены два дополнительных транзистора, причем база первого соединена с первым стабилитроном, его эмиттер через введенный дополнительный резистор соединен с общей шиной, а коллектор подключен к эмиттеру второго транзистора управляемого стабилизатора тока, эмиттер второго дополнительного транзистора подключен к коллектору токостабилизирующего транзистора, коллектор этого дополнительного транзистора соединен с базой второго транзистора управляемого стабилизатора тока, а база через введенный элемент опорного напряжения соединена со вторым стабилитроном и через токоэадающий двухполюсник подключена к входной клемме.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент ОНА № 3922596,кл. 323-4, 2- Linear integrated circuit. Data Book, 1978, 19, p. 273,fig. 123,