Стабилизатор постоянного напряжения

 

СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий регулирующий транзистор, включенный в силовую шину эмиттером к входному выводу, а коллектором - к выходному выводу . стабилизатора, усилитель обратной связи на транзисторе с типом проводимости , противоположным регулирунадему параллельно включенную выходным выводам, цепь из последовательно соет диненных токоограничительнбго резистора и опорного стабилитрона, один из выводов которого подключен к выходисму выводу стабилизатора, делитель выходного напряжения, выходом соединенный с базой усилительного транзистора, и стабилизирующий транзистор , отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности. при сохранении устойчивости, в него введены транзистор, первый и второй резисторы, введенный транзистор подключен в koллeктopпyю цепь усилительного транзистора коллектором к базе регулирующего транзистора, а эмиттером через первый введенный резистор к коллектору усилительного транзистора , коллектор стабилизирующего тран- § зистора соединен с базой введенного Л транзистора и с выходным выводом стабилизатора , эмиттер стабилизирующего транзистора через второй введенный резистор - с другим выводом опорного стабилитрона и эмиттером усилитель- g ного транзистора, а база - с коллектором усилительного транзистора, причем усилительный, стабилизирующий и введенный транзисторы имеют один и тот же. тип проводимости. СП 00 и F

ф

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИЯТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(5D G 0 5 F 1/56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 !

) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3505015/24-07 (22) 25 ° 10.82 (46) 07.01.84. Бюл..Ю 1 (72) A.Â.Âoðoáüåâ (53) 621.316.722 ° 1(088 ° 8) (56) 1. Додик С.Д. Полупроводниковые стабилизаторы постоянного напряжения и тока, М., Советское радио, 198ф с. 273, рис.10,7, 2. Авторское свидетельство СССР

N 491126i . G 05 F 1/58, 1975.

3. Хомяк Л.A. Стабилизаторы постоянного напряжения — Обмен опытом, в радиопромышленности, 1981, вып.1, с ° 76, рис. 2. (54)(57) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий регулирующий транзистор, включенный в силовую шину змиттером к входному выводу, а коллектором — к выходному выводу . стабилизатора, усилитель обратной связи на транзисторе с типом проводимости, противоположным регулирукицему параллельно включенную выходным выводам, цепь из последовательно сое-. диненных токоограничительного резис,9ISU(11) А тора и опорного стабилитрона, один иэ выводов которого подключен к выходному выводу стабилизатора, делитель выходного напряжения, выходом соединенный с базой усилительного транзистора, и стабилизирующий транзистор, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности. при сохранении устойчивости, в него введены транзистор, первый и второй резисторы, введенный транзистор подключен в Моллекторную цепь усилительного транзистора коллектором к базе регулирующего транзистора, а змнттером через первый введенный резисторк коллектору усилительного транзистора, коллектор стабилизирующего тран- щ

Ф зистора соединен с базой вВеденного транзистора и с выходным выводом стабилизатора, змиттер стабилизирующего транзистора через второй введенный резистор — с другим выводом опорного стабилитрона и змиттером усилитель- Я ного транзистора, а база — с коллектором усилительного транзистора, причем усилительный, стабилизирующий и введенный транзисторы имеют один и тот же тип проводимости.

Стабилизатор постоянното напряжения относится к электротехнике и может быть использован в качестве вторичного источника электропитания аппаратуры связи и метрологии-.

Известны полупроводниковые стабилизаторы постоянного напряжения с са мозащитой от перегрузок„ содержащие последовательно регулирующий транзис= тор, однокаскадный усилитель обратной связи, источник опорного напряжения )Î на стабилитроне и резисторе, делитель выходного напряжения и устройство запуска (1j и (2).

Для этих còàáèëèýaòîðîâ характерны минимальные падение напряжения и потери мощности в регулирующем элементе, максимальная простота Охемного решения, малые габариты и вес, Недостатками стабилизаторов являются невысокая стабильность выходного напряжения при изменении нагрузки и выходного напряжения и ее зависимость от условий эксплуатации, что существенно ограничивает применение известных стабилизаторов.

Наиболее близким к предлагаемому является полупроводниковый стабили-. затор постоянного напряжения, содержащий регулирующий транзистор, включенный в силовую шину эмиттером к входному выводу, а коллектором — к выходному выводу стабилизатора, однокаскадный усилитель обратной связи на транзисторе с типом проводимости, противоположным регулирующему, коллектором соединенным с базой регули- 35 рующего транзистора, опорный стабили-. трон, один из выводов ко-.îðîãî подключен к выходному выводу стабилизатора, токоограничительный резистор, делитель выходного напряжения, выхо- л() дом соединенный с базой усилительного транзистора, и стабилизирующий транзистор (с тем же типом проводимости, что и регулирующий), эмиттер которого подключен к эмиттеру усили.— тельного транзистора, коллектор — к общей шине стабилизатора,- а база— к другому выводу опорного стабилитро=. на (Я.

Однако стабилизатор имеет недоста5О точно высокую стабильность выходного напряжения при изменении ток- нагрузки и входного напряжения и не обеспечивает существенного ослабления влияния условий эксплуатации на стабильность выходного напряжения. Это объясняется тем, что база-эмиттерный переход стабилизирующего транзистора включен последовательно с базазмиттерным переходом усилительного Ы транзистора в контур сравнения выход-. ного напряжения с опорныму кроме того стабилизирующий транзистор лишь уменьшает величину изменений тока и напряжения спорного стабилитрона, но устранить их полностью принципиально не может.

Нестабильность выходного напряжения стабилизаторов определяется величинами,цинамического сопротивления опорного стабилитрона и входных сопротивлений транзисторов контура сравнения. Последнее и обуславливает невысокую эффективность в части ста бильности выходного напряжения при изменении нагрузки и входного напряжения.

Цель изобретения — повышение стабильности при сохранении устойчивости стабилизаторов.

Поставленная цель дости:-.ается тем, что в стабилизатор пОстоянного напряжения, содержащий регулирующий транзистор, включенный в силовую шину эмиттером к входному выводу, а коллектором — ; выходному выводу стабилизатора, усилитель обратной связи на ".ранзисторе с типом проводимости, противоположным регулирующему, параллельно включенную выходным выводам цепь из последовательно соединенных токоограничительного резистора и опорного стабилитрона, один из выводов которого подключен к выходному выводу стабилизатора, делитель выходного напряжения, выходом соединенный с базой усилительного транзистора и стабилизирующий транзистор,. введены транзистор, первый и второй резисторы, введенный транэистор подключен в коллекторную цепь усилительного транзистора коллектором к базе регулирующего транзистора, а эмиттером через первый введенный резистор к коллектору усилительного транзистора, коллектор стабилизирующего транзистора соединен с базой введенного транзистора и с выходным выводом стабилизатора, эмиттер стабилизирующего транзистора через второй введенный резистор — с другим выводом опорного стабилитрона и эмиттером усилительного транзистора, а база — с коллектором усилительного транзистора, причем .усилительный, стабилизирующий и введенный транзис торы имеют один и тот же тип проводимости.

Сущность изобретения состоит в исключении дестабилизирующего влияния изменений тока усилительного транзистора на опорное напряжение стабилизатора и в уменьшении входного сопротивления усилительного каскада„ а также в ослаблении дестабилизирующего влияния входного напряжения стабилизатора на режим усилительного транзистора (на ток базы регулирующего транзистора) эа счет того, что стабилизирующий транзистор подключен параллельно опорному стабилитрону и работает совместно с резистором в независимом оТ входного на) 065842 зирующий транзистор 7 (такого же типа проводимости, что и.усилительный),40

0 i 75В9 C B Î R9 (1)

В этом случае изменения тока транзистора 7 будут несколько превышать изменения тока и тем самым компенсировать влияние токов баз тран-. зисторов 2 и 7 и нестабильности U э -,, на ток и напряжение опорного стабилитрона 3. Таким образом, в предл"-,-гаемой схеме полностью устраняются изменения тока и напряжения стабилитрона 3 при изменении тока нагрузки и напряжения Uag.

Поэтому в предлагаемом стабилизаторе изменение напряжения "ос (т.е. нестабильность напряжения U g „), обусловленное практически входным сопротивлением лишь одного транзистора 2 (база-эмиттерный переход которого включен в контур сравнения опорного напряжения 0 стабилитрона 3 с частью напряжения снимаемой с резистопряжения режиме слежения за током усилительного транзистора, при котором изменения тока стабилиз-.рующего транзистора равны и противофазны изменениям тока усилительного транзистора, и за счет того, что в контур сравнения стабилизатора включен только один база-эмиттерный переход ycuJIHTeJIbHoz Î транзистора

Это IIoaaortnzo существенно электрические параметры (стабильность,() уровень примененной составляющей выходного напряжения) стабилизаторов напряжения с самозащитой от перегрузок, практически без сйижения их устойчивости;.т.е, реализовать доста- 15 точно стабильные и мощные источники напряжения при минимальном числе каскадов усиления без применения частотно-корректирующих емкостных элементов (выходного конденсатора и конден-2О саторов в цепи обратной связи).

На чертеже приведена схема предлагаемого стабилизатора.

Стабилизатор содержит регулирующий транзистор 1, включенный в силовую шину эмиттером к входному выводу стабилизатора, а коллектором — к выходному выводу стабилизатора, усилитель обратной связи на транзисторе 2

Iñ типом проводимости, противсположным регулирующему; опорный стабилитрон 3, один из выводов которого подсоединен к выходному выводу ста- билизатора, а другой — к эмиттеру усилительного транзистора, токоограничительный резистор 4, делитель выходного напряжения на резисторах 5 и б, выходом соединенный с базой усилительного транзистора 2, стабили- коллекторная цепь которого подключена параллельно опорному стабилитрону

3, а база — к коллектору усилительного транзистора 2 и к эмиттеру транэистора 8 такого же типа проводимости, что и усилительный, через резис. тор 9, транзисторы 2 и 7 соединены эмиттерами через резистор 10.

Стабилизатор работает следующим образом.

Ю

5О

При уменьшении (увеличении) тока нагрузки или увеличении (уменьшении) входного (питающего) напряжения Uex стабилизатора его выходное напряжение U > повышается (снижается) . Это изменение()вы через опорный стабилитрон 3 передается на ограничительный резистор 4 (эмиттер усилительного транзистора 2), вызывая запирание (отпирание) транзистора 2 и уменьшение (увеличение) его коллекторного тока Jy, а следовательно, коллектор.ного тока транзистора 8 (тока базы рег" пирующего транзистора 1). Транзистор .8 работает в качестве эмиттерного повторителя опорного напряже- 65 ния Нр> стабилитрона 3, обеспечивая тем самым стабильное напряжение литания коллекторной цепи транзистора 2.

Стабилизирующий транзистор 7 совместно с резистором 10 работает в качестве токового повторителя коллекторного напряжения 0 q транзистора ? (ток эмиттера транзистора 7 повторяет изменения напряжения U yy ) и пиЯ тается также стабильным напряжением стабилитрона 3. Поэтому режим работы транзисторов 2 и 7 (а значит и ток опорного стабилитрона 3) не зависит от напряжения H g . Уменьшение (увеличение) тока выделяется на резисторе 9, вызывая пропорциональное уве" личение (уменьшение) напряжения U < и тока транзистора 8. Таким образом, ток транзистора 7 в процессе работы стабилизатора изменяется пропорционально и противофазно току 3g . Величина изменения тока транзистора 7 бу, ет определяться только величиной изменения тока Jq и соотношением ве2 личин сопротивлений резисторов 9 и

10. E личина изменения тока определяется изменением напряжения обратной связи ()о (напряжения рассогласования), т.е. величиной изменения (нестабильности) напряжения Up<,,.

Так, при равенстве величин сопротивлений резисторов 9 и 10 (беэ учета базовых токов транзисторов 2, 7 и нестабильности напряжения U 8< ) изменения токов транзисторов 2 и 7 будут равны и противофазны, в результате суммарный ток 3 этих транзисторов, а следовательно, ток и напряжение опорного стабилитрона 3 не будут изменяться при изменении тока нагрузки и нагряжения()э . Практически (с "четом базовых токов транзисторов 2, 7 и нестабильности напряжения () рык) сопротивления резисторов 9 и 10 выбираются из следующего эмпирического соотношения

1065842

ВНИИПИ Заказ 11045/49 Гираж 847 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ра 5 делителя выходного напряжения

5 и (6) будет значительно меньше, чем в известных.

С другой стороны, поскольку повышение стабильности в предлагаемой схеме достигается без увеличения числа каскадов усиления, т.е. беэ введения в контур обратной связи стабилизатора дополнительных инерцион/ ных звеньев, устойчивость схемы сохраняется в..сокой. О

Стабилизатор напряжения в сравнении с прототипом принципиально обладает значительно более широкими возможностями повышения стабильности

U Bp ><, поскольку позволяет легко 35 (простым выбором соотношения величин сопротивлений резисторов 9 и 10 на нижнем пределе неравенства {1)) компенсировать изменение напряжения Upq эа счет увеличения изменения тока 2О транзистора 7 относительно соо-.ветствующих изменений тока) . Этим обеспечивается противофаэнае иэ 4енение суммарного тока l и синфазное изменение тока опорного стабилитрона 3 относительно изменений тока 3y . В результате (за счет динамического сопротивления стабилитрона 3, сравнимого по величине с входным сопротивлением транзистора 2) напряжение 0ря будет изменяться синфаэно с током стабилитрона 3 и напряжением ()oñ компенсируя изменение этого напряжения. При этом суммарное изменение напряжений Hgp и 0ц, а следовательно, нестабильность 0 Bb(x прин Р ципиально могут быть сделаны равными нулю. Эффект компенсации не зависит от режима работы стабилизатора (от тока нагрузки и входного напряжения) и разброса параметров регулирующего транзистора 1, слабо зависит от температуры окружающей среды {поскольку компенсирующая связь осуществляется по изменению тока усилительного транзистора 2 — самой непосредственной причине изменения напряжений Uqz u Uqq а следовательно (.(8 „ ); благодаря чему и в этом случае обеспечивается сохранение устойчивости схемы.

Предлагаемое изобретение позволяет значительно улучшить, основные электрические параметры (стабильность и уровень переменной составляющей выходного напряжения) стабилизаторов напряжения с самозащитой от перегрузок (за счет устранения изменения тока и напряжения опорного стабилитрона при одном транзисторе в контуре сравнения стабилизатора); создать достаточно стабильные и мощные источники постоянного напряжения, обладающие минимальными габаритами и весом (благодаря тому, что повышение стабильности и нагруэочной способности стабилизаторов достигается без введения дополнительных каскадов усиления, т.е. с сохранением устойчивости без применения частотно-корректирующих емкостных элементов).