Стабилизатор постоянного напряжения

Изобретение относится к области радиоэлектронной техники и может быть использовано при разработке и изготовлении различных вторичных источников электропитания, содержащих в качестве стабилизирующего устройства линейный аналоговый стабилизатор напряжения компенсационного типа с фиксированным значением выходного напряжения. Техническим результатом является упрощение стабилизатора и повышение коэффициента стабилизации. Предлагаемый стабилизатор содержит первый транзистор, первый резистор, второй транзистор, второй резистор, стабилитрон. База первого транзистора подключена через первый резистор к его коллектору, являющемуся входом устройства, и коллектору второго транзистора, эмиттер которого подключен через стабилитрон к общему проводу и через второй резистор к эмиттеру первого транзистора, база второго транзистора подключена к эмиттеру первого транзистора, являющемуся выходом устройства. 1 ил.

 

Изобретение относится к области радиоэлектронной техники и может быть использовано при разработке и изготовлении различных вторичных источников электропитания, содержащих в качестве стабилизирующего устройства линейный аналоговый стабилизатор напряжения компенсационного типа с фиксированным значением выходного напряжения.

Известен стабилизатор постоянного напряжения [1], содержащий транзистор, коллектор которого является входом устройства, эмиттер является выходом устройства, база подключена через резистор к его коллектору и через стабилитрон к общему проводу.

Недостатком этого стабилизатора является низкий коэффициент стабилизации.

Известен также стабилизатор [2] постоянного напряжения, содержащий транзистор, коллектор которого является входом устройства, эмиттер является выходом устройства, база через первый резистор подключена к его коллектору и коллектору второго транзистора, эмиттер которого подключен через стабилитрон к общему проводу и через второй резистор к эмиттеру первого транзистора, база подключена к средней точке резисторного делителя напряжения, подключенного между эмиттером первого транзистора и общим проводом.

К недостаткам известного стабилизатора напряжения можно отнести его сложность и зависимость его параметров, а именно, коэффициента стабилизации и стабильности выходного напряжения от параметров коэффициента передачи резистивного делителя напряжения.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является упрощение стабилизатора и повышение коэффициента стабилизации.

Поставленная задача достигается за счет того, что в стабилизаторе постоянного напряжения, содержащем первый транзистор, коллектор которого является входом устройства, эмиттер является выходом устройства, база через первый резистор подключена к его коллектору и коллектору второго транзистора, эмиттер которого подключен через стабилитрон к общему проводу и через второй резистор к эмиттеру первого транзистора, согласно изобретению, база второго транзистора подключена к эмиттеру первого транзистора.

Стабильность выходного напряжения стабилизатора-прототипа зависит от стабильности стабилитрона и стабильности параметров резистивного делителя напряжения. Согласно изобретению, база второго транзистора подключена непосредственно к эмиттеру первого транзистора, т.е. исключается резистивный делитель напряжения, следовательно, исключается и источник нестабильности параметров стабилизатора, что и обеспечивает повышение коэффициента стабильности.

К преимуществам заявленного схемотехнического решения, обеспечиваемым новой совокупностью существенных признаков, относятся максимально достигаемые коэффициент стабилизации и стабильность выходного напряжения стабилизатора при максимальной простоте реализации устройства.

Таким образом, предлагаемое решение обеспечивает:

1. Повышение коэффициента стабилизации выходного напряжения стабилизатора за счет повышения крутизны управления усилителем ошибки. В прототипе в схеме присутствует резистивный делитель, коэффициент передачи которого всегда меньше единицы. В заявленном решении коэффициент передачи напряжения сигнала ошибки (напряжение рассогласования) всегда равен единице.

2. Повышение стабильности выходного напряжения стабилизатора за счет изъятия из общей погрешности стабилизатора погрешностей резистивного делителя, обусловленных ТКС резисторов, изменением сопротивления резисторов от наработки под током и при хранении и т.д.

3. Простоту решения и минимально возможное количество радиоэлементов при достигнутом качестве работы узла, что, как следствие, повышает надежность работы узла из-за сокращения количества ЭРИ, снижает его вес и габариты.

На чертеже представлена схема стабилизатора.

Предлагаемый стабилизатор содержит первый транзистор 1, первый резистор 2, второй транзистор 3, второй резистор 4, стабилитрон 5. База первого транзистора 1 подключена через первый резистор 2 к его коллектору, являющемуся входом устройства, и коллектору второго транзистора 3, эмиттер которого подключен через стабилитрон 5 к общему проводу и через второй резистор 4 к эмиттеру первого транзистора, база второго транзистора 3 подключена к эмиттеру первого транзистора 1, являющегося выходом устройства.

Стабилизатор работает следующим образом.

Постоянное входное напряжение подается относительно общего провода на коллектор первого транзистора 1, режим работы по постоянному току которого определяется величиной его базового тока, вытекающего из первого резистора 2 и разветвляющегося в базу первого транзистора 1 и коллектор второго транзистора 3, являющегося усилителем сигнала ошибки. Величина тока коллектора второго транзистора 3, «отбираемого» от тока базы первого транзистора 1, определяется разницей между опорным напряжением, формируемым стабилитроном 5, включенным в эмиттерную цепь второго транзистора 3, и напряжением, подаваемым на его базу.

Таким образом, на выходе стабилизатора поддерживается постоянный уровень напряжения, определяемый равенством напряжений: с одной стороны, напряжения на базе второго транзистора 3, с другой стороны, напряжения стабилитрона 5 плюс напряжение прямосмещенного перехода база-эмиттер второго транзистора 3.

В случае уменьшения выходного напряжения стабилизатора по причине воздействия произвольного фактора (увеличение тока нагрузки, температурные колебания и т.д.) уменьшается напряжение на базе второго транзистора 3. Величина напряжения опорного источника есть величина постоянная и определяется только параметрами и характеристиками стабилитрона 5. Величина напряжения прямосмещенного перехода база-эмиттер транзистора также в известной степени является величиной постоянной. Таким образом, уменьшение напряжения на базе транзистора 3 приводит к уменьшению его базового тока и обусловливает его подзапирание, т.е. уменьшение тока коллектора, что в свою очередь приводит к перераспределению тока, управляющего первым транзистором 1 (тока, протекающего через первый резистор 2), а именно увеличению части тока, втекающего в базу первого транзистора 1, и уменьшению части тока, втекающего в коллектор второго транзистора 3. Это приводит к большему отпиранию первого транзистора 1, т.е. уменьшению сопротивления участка коллектор-эмиттер, а это приводит к возрастанию потенциала эмиттера первого транзистора 1, т.е. увеличению выходного напряжения стабилизатора.

В случае увеличения выходного напряжения баланс равенства выше указанных напряжений вновь нарушается, но процесс в этом случае противоположен описанному и приводит к обратному изменению состояния первого транзистора 1, что обусловливает уменьшение напряжения на выходе стабилизатора. Таким образом, за счет организованной обратной связи на выходе поддерживается постоянная величина выходного напряжения.

Предложенный стабилизатор применен в блоке питания двигателя и показал хорошие эксплуатационные характеристики.

Источники информации

1. Электропитание устройств связи. Под редакцией проф. В.Е.Китаева, М., «Радио и связь», 1988 г., стр.182 рис.8.16.

2. У.Титце, К.Шенк. Полупроводниковая схемотехника. Под ред. А.Г.Алексенко, М., «Мир», 1982 г., стр.257 рис.16.5 (прототип).

Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий первый транзистор, коллектор которого является входом устройства, эмиттер является выходом устройства, база через первый резистор подключена к его коллектору и коллектору второго транзистора, эмиттер которого подключен через стабилитрон к общему проводу и через второй резистор к эмиттеру первого транзистора, отличающийся тем, что база второго транзистора подключена к эмиттеру первого транзистора.