Стабилизатор напряжения постоянного тока

(45) Дата опубликования описания 28.02.79 1,316.722,188.8) о делам изобретений и открытий, А. И. Пономаренкоин В. ини 1) Заявител сударственный на по обогащению ститутЗ кии и проектныиллов Казмехано 4) СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКАповышенистабилиз обретения являе та стабилизаци ГосУдаРственный комитет (23) Приорит СССР Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания стабилизированным напряжением радиоэлектронных приборов и средств автоматики. 5Известен стабилизатор постоянного напряжения с самозащитой от перегрузок и короткого замыкания, содержащий регулирующ)ий транзистор, один или несколько вспомогательных транзисторов различного 10 типа проводимости, усилитель постоянного тока, источник эталонного напряжения и делители входного и выходного напряжения 1.Наиболее близким к изобретению техни ческим решением является стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий составной регулирующий транзистор, состоящий из выходного транзистора, например, р - и - р типа, включенного в отрица тельную шину стабилизатора, промежуточного согласующего транзистора р - и - р типа, коллектор которого через резистор соединен с коллектором выходного транзистора, входного согласующего транзистора 25 и - р - и типа, усилительный транзистор р - и - р типа, коллектор которого через резистор соединен с базой входного согласующего транзистора, эмиттер через источник опорного напряжения - с эмиттером выодного транзистора, и делитель напряжения 2.Недостатком известных стабилизаторов является низкий коэффициент стабилиза ции Целью изтся е коз ффициен а- тора.Для этого в стабилсизатор напряжения постоянного тока, содержащий составной регулирующий транзистор, состоящий из выходного транзистора, например, р - и - р типа,:включенного в отрицательную шину стабилизатора, промежуточного согласующего транзистора р - и - р типа, коллектор которого через резистор соединен с коллектором выходного транзистора, входного согласующего транзистора и - р - и типа, усилительный транзистор р - и - р типа, коллектор которого через резистор соединен с базой входного согласующего транзистора, эмиттер через источник опорного напряжения - с эмиттером выходного транзистора, и делитель напряжения, в стабилизатор введены три стабилизирующих каскада, при этом первый из них выполнен на полевом транзисторе с обратной связью по току и включен между положительной шиной стабилизатора и промежуточным выводом источника опорного напряжения,состоящего из двух последоваельно В.(лО- ченных стабилитронов, второй токостабилизирующий каскад выполнен на полевом транзисторе с обратной связью по току и вклгочен между положителыой пншой стабилизатора и эмиттером усилительного транзистора, база которого соединена с выходох делителя напря:гкени 51, Вкл 10 ченного в цепь истока полсвого транзистора первого токостабилизирующего каскада, третий токостабилизирующий каскад вьшолнен на биполярном транзисторе п - р - п типа с резистором в цепи эмиттера и источником смешения на диоде и включен между коллектором промежуточного согласующего транзистора и базой входного согла.ующего транзистора, эмиттер которого соединен с эмиттсром транзистора третьего токосгабилизирующего каскада, причем база;ранзистора третьего токостабилизирующего каскада через ограничительный резистор соединена с истоком полевого транзистора второго токостабилизирующего каскада.Принципиальная электрическая схема стабилизатора напряжения постоянного тока представлена на чертеже.Стабилизатор содержит составной регулируюший транзистор, состоящий из выходного транзнстор 2 1 р - 22 -- р 1 ина, ьк:юченпого и о.рцатегьнуО шину стаои.2 изатора промежуточного согласующего транзистора р - и - р тина 2, коллектор 1(оторого через резистор 3 соединен с ко лектором транзистора 1, Входного согласующего транзистора 4 22 - р - п типа, усилительный транзистор 5 р - и - р типа, коллектор которого соединен с базой входного согласующего транзистора 4, эмиттер через источник опорного папряжения на стабилитронах 6, 7 (диодах) - с эмиттером выходного транзистора 1, а база - с Выходом делителя выходного напряжения на резисторе 8, включенном в цепь 1 истока нолевого транзистора 9 первого такостабилизирующего каскада, сток которого соединен с промежуточным выходом источника опорного напрягкения, а затвор - с обп.ей шиной, второй токостабилизирующий каскад на полевом транзисторе 10, затвор ко"орого соединен с общей шиной, сток - с эмиттером усилительного транзистора 5, 2 исток через резистор 11 с общей шиной, и через органичительный резистор 12 - с базой транзистора 13 п - р - и типа третьего токостабилизирующего каскада, эмиттер которого соединен с эмиттером входного согласующего транзистора 4 и через резистор 14 - с коллектором промежуочного согласующего транзистора 2 и с выходом источника смещения на диоде 15, включенном между базой транзистора 13 и коллектором транзистора 2, кнопку 16 отключения нагрузки, полевой транзистор 17, включенный между эмиттером транзистора 1 и базой транзистора 2. 1 О 15 2 О 30 35 40 45 50 55 60 65 Стабилизатор напряжения постоянного тока работает следующим ооразом.11 осле включения входпого напряжения нагрузка кратковременно отключается с помощью кнопки 16 и на выходе стаоилизатора появляется напряжение, величина котсрого может регулироваться резистором 8. Изменение величины выходного напря:кения передается через опорные диоды 6, 7 (стабилитроны) в эмиттер усилительного транзистора 5, усиливается им, а также транзисторами 3, 4 и в противофазс подается в базовую цепь транзистора 4 восстанавливая заданное значение Выходного напряжения. С изменением тока нагрузки напряжение, пропорциональное его величине, шгимастся с токоизмерительного резистора 3 и подается через диод 15, делитель на резисторах 11, 12, в исток транзистора 10, зато.2 усиленное транзисторами 10, 5, 13, 4 напряжение в противофазе подается на управляющий электрод транзистора 2 регулирующего элемента, компенсируя изменение выходного напряжения, обусловленное изменением тока нагрузки.Выходное напряжение стабилизатора по- СТОЯННОГО ТОК 2, 2 ДЕ 151 Е Н 2 НР 5 Л(ЕНИЯ П 2 ТО- коизмерительном резисторе 3, Вследствие ув лгчения тока нагрузки, не будет близким к разности входного и выходного на:рякения. При дальнейшем снижении сопротВленн 51 1 агрзки Выходное сонротиВ- ление стабилизатора сильно увеличивается, поскольку транзисторы регулирующего элемента близки к состоянию насыщения, выходное напряжение стабилизатора начинает уменьшаться, а ток нагрузки изменяется незначительно. После снижения величины выходного напряжения меньше суммарного напряжения стабилизации опорных диодов 6, 7 ток через последние, а также через токостабилизирующий каскад на транзисторе 9 резко падает, транзистор 5 закрывается, закрывая транзисторы 13, 4, 2, 1 и стабилизатор переходит во второе устойчивое закрытое состояние.В этом состоянии транзистор 5 заперт, так как база его подключена к выходу стабилизатора через большое сопротивление опорного диода, а к общей шине стабилизатора черезмного меньшее сопротивление резистора 8. Кроме того, в режиме короткого замыкания переходы эмиттер - база транзисторов 2 и 4 шунтируются соответственно транзисторами 17 и 13. Для перевода устройства в рабочее состояние необходимо кратковременно отключить нагрузку с помощью кнопки 16 или через резистор и нормально разомкнутую кнопку кратковременно подать входное напряжение на выход стабилизатора.Таким образом, в предлагаемом устройстве включение в эмиттер усилительного транзистора 5 токостабилизирующего каскада на полярном транзисторе 10, соеди 650066ненного истоком с делителем входного напряжения, а стоком - через последовательно включенные опорные диоды с выходом стабилизатора дает возможность исключить влияние величины выходного напряжения на величину тока опорных диодов и одновременно уменьшить зависимость выходного напряжения от величивы тока нагрузки на рабочем участке нагрузочной характеристики, расширить диапазон регулировки выходного напряжения, повысить коэффициент стабилизации, снизить выходное сопротивление и одновременно эффективно подавить ,пульсации входного напряжения. Применение регулируемого источника опорного напряжения на полярном транзисторе, подключенного через опорный диод к выходу стабилизатора, также способствует расширению пределов плавной регулировки величины выходного напряжения и защите стабилизатора от перегрузок и коротких замыканий, питание коллектора транзистора 5 от транзистора противоположного типа проводимости 13, выполняющего функции стабилизатора тока и динамической нагрузки, устраняет дестабилизирующее влияние источника входного напряжения на усилитель ошибки, а эмиттерная связь транзистора 13 с транзистором 4 через резистор 14 способствует снижению величины тока короткого замыкания и выходного сопротивления. Повышению коэффициента усиления и снижению величины тока короткого замыкания способствует также транзистор 17.Смещение входной характеристики усилительного транзистора, обусловленное изменением температуры, может быть в значительной степени скомпенсировано путем выбора режима работы полярных транзисторов 9, 10, поскольку температурный коэффициент тока стока последних определяется положением рабочей точки на стокозатворной характеристике и в области малых напряжений исток - затвор имеет знак, противоположный температурному дрейфу усилительного транзистора.Стабилизатор прост в настройке, некритичен к параметрам составляющих егоэлементов, легко обеспечивает коэффициент стабилизации и коэффициент подавления пульсаций, равный нескольким тысячам, при выходном сопротивлении, близком к нулю и токе короткого замыкания несколько миллиампер, может быть использован в качестве источника питания электронных устройств и полезен при проектировании 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 стабилизаторов в интегральном исполнении. Формула из обретен и я Стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий составной регулирующий транзистор, состоящий из выходного транзистора, например, р - и - р типа, включенного в отрицательную шину стабилизатора, промежуточного согласующего транзистора р - и - р типа, коллектор которого через резистор соединен с коллектором выходного транзистора, входного согласующего транзистора и - р - и типа, усилительный транзистор р - и - р типа, коллектор которого соединен с базой входного согласующего транзистора, эмиттер через источник опорного напряжения - с эмиттером выходного транзистора и делитель напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента стабилизации, в стабилизатор введены три токостабилизирующих каскада, при этом первый из них выполнен на полевом транзисторе с обратной связью по току и включен между положительной шинои стабилизатора и промежуточным выходом источника опорного напряжения, состоящего из двух последовательно включенных стабилитронов, второй токостабилизирующий каскад выполнен на полевом транзисторе с обратной связью по току и включен между положительной шиной стабилизатора и эмиттером усилительного транзистора, база которого соединена с выходом делителя напряжения, включенного в цепь истока полевого транзистора первого токостаб или зирующего каскада, третий токостабилизнрующий каскад выполнен на биполярном транзисторе и - р - и типа с резистором в цепи эмиттера и источником смещения на диоде и включен между коллектором промежуточного согласующего транзистора и базой входного согласующего транзистора, эмиттер которого соединен с эмиттером транзистора третьего токостабилнзирующего каскада, причем база транзистора третьего токостабилизирующего каскада через ограничительный резистор соединена с истоком полевого транзистора второго токо- стабилизирующего каскада.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР497569, кл. 6 05 Р 1/58, 1975.2. Авторское свидетельство СССР475610, кл. 6 ОЬР 1/58, 1975.