Стабилизатор постоянного напряжения

СОЮЗ СОВЕТСНИХ СЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 19) (11 1) О 05% 1 ОПИСАН К АВТОРСКОМ ИЕ ИЗОБРЕТЕН ВИДЕТЕПЬСТВУ г единентранг ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОП(РЫТ(46) 30,06.83. Бюл.24 (72) В.И, Анисимов, М.В. Капитонов, Н.Н. Прокопенко, Ю.И. Соколов, А.В. Исаков и К.П. Полянин (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт игл; В.И. Ульянова (Ленина) и Шахтинский технологический институт бытового обслуживания(54) (57) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий усилитель сигнала рассогласования с двумя противофазными выходами, вход которого соединен с выходом .делителя выходного напряжения, трехполюсный повторитель тока,. вход которого подключен к йервому выходу усилителя сигнала рассогласования, а выход - к второму,;выходу усилителя сигнала рассогласо вания и базе согласующего транзистора, регулирующий элемент, управляющий вход которого подключен к общему выводу трехполюсного повторителя . тока, силовой вход соединен с входным, а силовой выход - с выходным выводами стабилнзатора, управляющий транзистор, эмиттер которого соеди нен с входным выводом стабилизатора, а коллектор - с эмиттером согласующего транзистора, вспомогательный транзистор, повторитель напряжения и источник опорного тока, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения КПД путем уменьшения тока потребления, источник опорного тока щР соединен с коллекторогл ооглас транзистора и входом повторит напряжения, выход которого со с эмнттером вспомогательного зистора, база которого соедин с выходным:выводом стабилнзат а коллектор:- с базой управля транзистора, коллектор которо подключен также к управляющему входу регулирующего элементаИзобретение относится к регуляторам напряжения постоянного тока,Известны стабилизаторы постоянного напряжения, содержащие регулирующий элемент, усилитель сигнала рассогласования, делитель выходного напряжения и источник опорного. тока 111.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является стабилизатор постоянного напряжения, содержащий усилитель сигнала рассогласования с двумя противофазными выходами, вход которого соединен с выходом делителя выходного напряжения,трехполюсный повторитель тока, вход которого подключен к первому выходу усилителя сигнала рассогласования, а выход - к второму выходу делителя и базе согласующего транзистора, регулирующий элемент, управляющий вход которого подключен к общему выводу трехполюсного повторителя тока, силовой вход соединен с входным, а силовой выход - с выходными выводами стабилизатора, управляющий транзистор, эмиттер которого соединен с входным выводом, а коллектор - с эмиттером согласующего транзистора, вспомогательный транзистор, повторитель напряжения и источник опорного тока 2.Недостатком данного устройства является сравнительно высокий ток потребления, приводящий к уменьшению КПД стабилизатора.Ток потребления О стабилизатором напряжения определяется соотноше нием=+пот пот Ещего элемента 1, который и является входным выводом 12 стабилизатора.65,Выход регулирующего элемента 1 подгде - ток источника опорноготока;- суммарный ток, потребляемый в других цепях .стаби"лизатора,Из вышеуказанного следует также соотношение 7/К"(2)от н есэгде- измерительный ток нагрузЙ УООМки;К. .-в в - коэффициент усиления по1 Рэ Мре току регулирующего элемента.Следовательно, при недостаточно высоком коэффициенте усиления по току регулирующего элемента и значительных токах нагрузки(единицы ампер) ток источника, тока. , а следовательно, и ток потреблениястабилизатора могут достигать отединиц и десятков миллиампер.Цель изобретения - повынение КПД стабилизатора путем уменьшения тока потребления,Поставленная цель достигаетсятем, что в стабилизаторе постоянногснапряжения содержащем усилительсигнала рассогласования с двумяпротивофазными выходами, вход которого соединен с выходом делителявыходного напряжения, трехполюсныйповторитель тока, вход которогоподключен к первому выходу усилителя сигнала рассогласования, а выход10 к второму выходу усилителя сигналарассогласования и базе согласующеготранзистора, регулирующий элемент,управляющий вход которого подключенк общему выводу трехполюсного Повто рителя тока, силовой вход соединенс входным, а силовой выход - с выходным выводами стабилизатора, управляющий транзистор, эмиттер которого соединенс входным выводом стабилизатора, а коллектор - с эмиттеромсогласующего транзистора, вспомогательный транзистор, повторитель напряжения и источник опорного токаисточник опорного тока соединен сколлектором согласующего транзистора и входом повторителя напряжения,выход которого соединен с эмиттером.вспомогательного транзистора, базакоторого соединена с выходным выводом стабилизатора, а коллектор -с базой управляющего транзистора,коллектор которого подключен к управляющему входу регулирующего элемента.На чертеже изображена принципиаль ная электрическая схема предлагаемого устройства.Стабилизатор напряжения содержитрегулирующий элемент 1, усилитель 2сигнала рассогласования с.двумя 40 противофазными выходами, трехполюсной повторитель 3 тока, источник 4опорного тока, повторитель 5 напряжения, согласующий транзистор б, управляющий транзистор 7, вспомогатель ный транзистор 8, и делитель 9 выходного напряжения. Управляющий вход 10регулирующего элемента 1 соединенс общим выводом повторителя 3 тока,коллектором транзистора 7 и эмиттером транзистора б. Вход повторйтеля3 тока подключен к первому выходуусилителя 2 сигнала рассогласования,а выход - к второму выходу усилителя 2 сигнала рассогласования ибазе транзистора б. Коллектор тран зистора б соединенс выходом 11 источника 4 опорного тока и входом повторителя 5 напряжения, Выход повторителя 5 напряжения подключен к эмиттеру вспомогательного транзистора 8, 60 коллектор которого связан с базойтранзистора 7. Эмиттер транзистора 7соединен с силовым входом регулирую(4) 1 лэ 7 и2 ЛЭВ М 6 БМв ь БЬ65 ключен квыходному выводу 13 стабилизатора, с которым также связаныбаза транзистора 8 и вход делителя 9выходного напряжения, Выход делителя 9 выходного напряжения соединенс входом усилителя 2 сигнала рассогласования. Общие выводы усилителя2 сигнала рассогласования повторителя 5 напряжения, источника 4 опорного тока и делителя 9 выходного нап-.ряжения объединены и подключены кобщей шине 14 стабилизатора, В качестве повторителя 5 напряжения используется эмиттерный повторитель натранзисторе. 15Устройство работает следующимобразом.При уменьшении по какой-либопричине выходного напряжения частьего через делитель 9 выходного .напряжения подается на вход усилителя 2сигнала, рассогласования. Усилитель 2сигнала рассогласования выделяет иусиливает разностный сигнал, которыйс выхода усилителя подается на базутранзистора 6. При этом транзистор бподэакрывается и появляется прирацение тока 1 в его коллекторнойцепи, вызывая равное приращениевхбдного тока повторителя 5 напряжения ВХОД . Появляется приращениетока транзистора 8 в его эмиттерной1 э 8 И КОЛЛЕКТОРНОЙ 1 кв ЦЕПЯХ, ПРИводя к соответствующелу приращениютока базы транзистора 7 Б, Транзистор 7 приоткрывается и появляется З 5прирацение тока в его коллекторнойцепи 1 К , что приводит к увеличениювходного тока регулирующего элемента 1 1 э . При этом транзисторырегулирующего элемента приоткрываются,4 О.вызывая тем самым приращение токанагрузки 1, компенсирующее уменьшение выходного, напряжения.В устройстве действует цепь . регулирования коллекторного тока транзистора 7 1 в зависимости от тока нагрузки 1.Предположим, что ток нагрузкистабилизатора увеличился. Следователь 4но,увеличился входной ток регулирующего элемента 1,Появляется прира 5 Ощение тока эмиттера 1 э и коллектора1 к транзистора б, вызйвающее соответствующие приращения токов1 ВВ, 1 Б 7 . Прноткрывается транзистор7 и появляется приращение тока 1 кт в 55его коллекторной цепи, компенсируюцее изменение входного токарегулируюцего элемента 1, а следовательно, и тока нагрузки 1 н,Очевидно, что начальное значение 6 Отока коллектора транзистора 7 1,в данном случае следует выбирать,исходя из обеспечения минимальноготока нагрузки 1 ;р 1, где 1 д - токделителя 9 выходного напряжения. Следовательно, ток потреблениястабилизатора напряжения равен оОт К 7 Д вот Г ф где 1 - ток источника 4 опорногопоттока;1 - ток, потребляемый в другихцепях стабилизатора;1 - статический уровень токаколлектора транзистора 7.С учетом цепи регулирования коллекторного тока транзистора 7 величи" на тока 1 определяется соотноше- нием 1 н лахкт К. Ъ Ь1 1 7 21 э 7 278 л пи где 1 . - максимальный ток нагрузН есьхки;К. - коэффициент усилениялрэпо току регулирующегоэлемента 11- коэфФициент усиления потоку транзисторов 7 и 8соответственноК- коэФФициент усиления потоку повторителя 5 напряжения.При 1=5 А и типовых значенияхЪЛрЭ =2 10, ЬИЭ 7 =2",эВ ЬээлБ =к 1 пи=50 необходимая величина тока источника 4 опорного тока всего 1 =2,5 мкА, таким образом минимальное значение тока источника 4 опорного тока определяется только минималь. ным током, необходимым для обеспечения активного режима работы тран-. зистора 6 1 =50-200 мкА. При этом НЕОбХОДИМЫй ЗНаЧИтЕЛЬНЫй тОК 1 эх в режиме больших токов нагрузкй 1 обеспечивается за счет введения новых связей.Практически ток потребления 1 предлагаемого устройства в 10-20 раз меньше тока потребления известного стабилизатора.Отметим также, что введение цепи регулирования коллекторного тока транзистора 7, обеспечивает высокое значение коэффициента стабилизации по напряжению и низкое выходное сопротивление стабилизатора благодаря большому значению петлевого усиления. Высокое петлевое .усиление достигается за счет создания высокоомной нагрузки усилителя 2 сигнала рассогласования. Величину сопротивления нагрузкиусилителя 2 сигнала рассогласованияопределим как1026125 10 ж 874 Подписное ИИПИ Заказ 4558/4 жгород,ул.Проектна лиал ППН фПатен где Оь -. приращение напряжения на выходе усилителя 2 сигнала рассогласования.учитывая что К .1= "Фэ% 1 Кв КВ ф кэ= "мэКв= ЕхРэ ф 1 н Вр. 14 р, приращение тока базы транзистора. 6определяется какв 6 1 Н66 1 рэ" ээ% 2 э 7 ым Поскольку выход усилителя 2 сигна ла рассогласования связан с выходом 13 стабилизатора напряжения через согласующий транзистор.б, включенный 35 по схеме с общим коллектором, а регулирующий элемент 1 выполнен по схеме Дарлингтона, можно показать, что 066 ф Он, где Ин - приращение напряжения на выходе 13 стабилизатора. Следовательно66 "нН. 1 б 11 рз 2 О 6 ИЮ МЭ 6юй КН 14 21 э 5 21 э 1 11 эб где К, - сопротивление нагрузки станбнлиэатора.При 0 =10 В, 1 =5 А и указанных выше типовых значениях коэффициентов по току регулирующих элементов 1, б и 7, 5 транзисторов сопротивление нагрузки усилителя 2 составляет й .=4 МОм, что позволяет получить высокое. значение петлевого усиления (Т =10 -10 ),используя однокаскадныйбусилитель 2 сигнала рассогласования.Применение предлагаемого стабили-. затора постоянного напряжения для . питания маломощной электронной аппа. ратуры значительно улучшит ее энергетические характеристики.