Стабилизатор тока

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) (11) 193 С 51) б 05 Р 15 ргс Д"щи ОПИС ИЗОБРЕТ й инстит о СССР1.933,СССРО. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) (57) СТАБИЛИЗАТОР ТОКА, содержащий высоковольтный регулирующий транзистор, коллектор которого соединен с первой, а эмиттер через измерительный резистор - с второй клеммами стабилизатора, узел сравнения, источник опорного напряжения, включенный между одним входом узла сравнения и второй клеммой стабилизатора, источник питания узла сравнения на стабилитроне, одним электродом подключенным к эмиттеру регулирующего транзистора, а другим через ограничительный резистор - к первой клемме стабилизатора, отличаюи 4 ийся тем, что, с целью повышения стабильности тока при расширении области использования, в него введены три токостабилизирующих двухполюсника, дополнительный резистор и усилитель постоянного тока на транзисторе, тип проводимости которого противоположен типу проводимости регулирующего транзистора, а узел сравнения выполнен на транзисторной паре, база первого транзистора которой подключена к эмиттеру регулирующего транзистора, эмиттер - к эмиттеру второго транзистора, а коллектор - к точке соединения дополнительного резистора со стабилитроном источника питания узла сравнения, причем транзистор усилителя постоянного тока эмиттером подключен к коллектору первого транзистора узла сравнения, базой - к коллектору второго транзистора узла сравнения, а коллектором - к базе регулирующего транзисто- Я ра, источник опорного напряжения выполнен на опорном стабилитроне, включенном между второй клеммой стабилизатора и базой второго транзистора узла сравнения, С а токостабилизирующие двухполюсники включены соответственно между второй клеммой стабилизатора и эмиттерами транзисторов узла сравнения, между коллектором первого транзистора и базой второго тран- ф зистора узла сравнения, а также между эмиттером и базой транзистора усилителя постоянного тока.СО5го15 Изобретение относится к электротехникеи может быть использовано в схемах вторичных источников питания, в частности в источниках питания газовых лазеров, в устройствах испытания полупроводниковыхприборов.В условиях высоких рабочих напряженийстабилизаторов возникает опасность вторичного пробоя регулирующего транзисторадаже при относительно небольших токахи мощностях рассеивания. Надежность устройства значительно увеличивается прииспользовании в нем принципа перераспределения тока между регулирующим транзистором и включенным параллельно к немурезистором 1,С увеличением напряжения стабилизатора ток через резистор увеличивается, ачерез транзистор уменьшается и при соответствующем выборе сопротивления резистора равен нулю при максимальном рабочем напряжении. Однако при включениипараллельно к транзистору относительнонизкоомного резистора уменьшается выходное сопротивление стабилизатора тока и качество стабилизации.Известен стабилизатор тока на высоковольтном транзисторе, содержащий схемусравнения, один вход которой подключенк источнику опорного напряжения, регулирующий транзистор, коллектор которогои точка соединения измерительного резистора с источником опорного напряжения образуют выходные клеммы устройства, источник питания схемы сравнения 2.Недостатком данного стабилизатора следует считать относительно низкую стабильность тока, так как ток через сопротивление утечки коллектора регулирующего транзистора не контролируется. Принцип перераспределения тока не использован, поэтомунадежность устройства невелика.Наиболее близким к изобретению техническим решением является стабилизатор тока, содержащий высоковольтный регулирующий транзистор, коллектор которого соединен с первой, а эмиттер через измерительныйрезистор - с второй клеммой стабилизатора, узел сравнения на вспомогательном транзисторе, источник опорного напряжения,включенный между базой вспомогательноготранзистора и второй клеммой стабилизатора, источник питания узла сравнения настабилитроне, соединенном с эмиттеромрегулирующего транзистора и через дополнительный резистор - с первой клеммойстабилизатора, причем эмиттер вспомогательного транзистора подключен к базерегулирующего транзистора, а коллекторк точке соединения стабилитрона и дополнительного резистора. В данном стабилитронеимеет место перераспределение тока междурегулирующим транзистором и дополнительным резистором, а в качестве вспомогатель. 20 25 30 35 40 45 50 55 ного транзистора может быть применен низковольтный транзистор 3.К недостаткам известного стабилизатора следует отнести относительно низкое выходное сопротивление и качество стабилизации тока при использовании в стабилизаторе принципа перераспределения тока с соответствующим выбором сопротивления дополнительного резистора, а также узкую сферу применения, обусловленную использованием отдельного заземленного источника напряжения, причем нагрузка может быть включена только в цепь коллектора регулирующего транзистора и поэтому значительно усложняется последовательное включение стабилизаторов для расширения диапазона измерения выходного напряжения. Цель изобретения - повышение стабильности тока при расширении области использования стабилизатора.Поставленная цель достигается тем, что в стабилизатор тока, содержащий высоковольтный регулирующий транзистор, коллектор которого соединен с первой, а эмиттер через измерительный резистор - с второй клеммами стабилизатора, узел сравнения, источник опорного напряжения, включенный между одним входом узла сравнения и второй клеммой стабилизатора, источник питания узла сравнения на стабилитроне, одним электродом подключенным к эмиттеру регулирующего транзистора, а другим через ограничительный резистор - к первой клемме стабилизатора, введены три токостабилизирующих двухполюсника, дополнительный резистор и усилитель постоянного тока на транзисторе, тип проводимости которого противоположен типу проводимости регулирующего транзистора, а узел сравнения выполнен на транзисторной паре, база первого транзистора которой подключена к эмиттеру регулирующего транзистора, эмиттер - к эмиттеру второго транзистора, а коллектор - к точке соединения дополнительного резистора со стабилитроном источника питания узла сравнения, причем транзистор усилителя постоянного тока эмиттером подключен к коллектору первого транзистора узла сравнения, базой - к коллектору второго транзистора узла сравнения, а коллектором - к базе регулирующего транзистора, источник опорного напряжения выполнен на опорном стабилитроне, включенном между второй клеммой стабилизатора и базой второго транзистора узла сравнения, а токостабилизирующие двухпо. люсники включены соответственно между второй клеммой стабилизатора и эмиттерами транзисторов узла сравнения, между коллектором первого транзистора и базой второго транзистора узла сравнения, а также между эмиттером и базой транзистора усилителя постоянного тока.На фиг. 1 представлен стабилизатор тока, принципиальная электрическая схема; на фиг. 2 - его вольтамперная характеристика.Стабилизатор тока содержит регулируюший высоковольтный транзистор 1, транзистор 2 усилителя постоянного тока, узел 3 сравнения на транзисторной паре, опорный стабилитроц 4, стабилитрон 5 источника питания узла сравнения, измерительный резистор 6, дополнительный резистор 7, токостабилизируюшие двухполюсники 8 - 10, токоограничиваюший резистор 11 и защитный стабилитрон 12.Стабилизатор тока работает следующим образом.При увеличении напряжения на клеммах стабилизатора ток через резистор 7, стабилитрон 5 и резистор 6 увеличивается, вызывая увеличение падения напряжения на резисторе 6, а также на транзисторной паре 3. Ток коллектора второго транзистора пары уменьшается, поэтому уменьшается ток через транзистор 2 усилителя тока и регулируюший транзистор 1, причем исходный ток через измерительный резистор 6 восстанавливается с высокой точностью, определяемой большим усилением контура отрицательной обратной связи. Аналогично стабилизируется ток при уменьшении напряжения стабилизатора. Токостабилизируюшие двух полюс ники 8 - 10 предусмотрены для обеспечения оптимального режима работы опорного стабилитрона 4 и узла 3 сравнения.Токи двухполюсников 8 и 9, которые вместе с током через резистор 6 образуют суммарный ток стабилизатора (токами баз транзисторной пары можно практически пренебречь), целесообразно выбирать значительно меньше тока резистора 6, поэтому к стабильности этих токов предъявляются менее жесткие требования. Кроме того, напряжения на этих двухполюсниках относительно стабильны - напряжение на двухполюснике практически равно напряжению стабилитрона 5, а на двухполюснике 9 оно равно разнице напряжения стабилитрона 4 и напряжения база - эмиттер второго тран. зистора пары 3. Поэтому при менее строгих требованиях к стабильности тока стабилизатора двухполюсники 8 и 9 могут быть резисторами.Температурная стабильность тока достигается применением транзисторной пары 3 в качестве узла сравнения, а также термокомпенсированного опорного стабилитрона 4 и высокостабильного измерительного резистора 6.Стабилизатор тока представляет собой двухполюсник без дополнительных источников напряжения, поэтому допускается заземление любой точки контура, образованного в произвольной последовательности из источника питания, нагрузки и стабилиза(2) тора или стабилизаторов (возможность последовательного включения вытекает из характеристики стабилизатора, фиг, 2). Этимдостигается широкая сфера примененияданного стабилизатора.Ток базы регулирующего транзистора 1,а также токи двухполюсников 8 и 9 обуславливают падение напряжения на резисторе 7 уже при минимальном рабочем напряжении стабилизатора. Поэтому можно безухудшения стабильности тока и КПД стабилизатора в коллекторную цепь транзистора 1 включить токоограничивающий резистор 11. Его сопротивление выбираетсятаким, что при минимальномрабочем напряжении стабилизатора падения напряженияна резисторах 7 и 11 приблизительно одинаковы. Так как сопротивление резистора 11может оказаться значительно больше сопротивления резистора 6, то в аварийномрежиме, заключающемся в открывании ре 20 гулирующего транзистора (причиненным,например, пробоем регулируюшего транзистора 1, вспомогательного транзистора 2,транзисторной пары 3, обрывом в цепи стабилитронов 4 и 5 и т, д,) при высоких рабочих напряжениях, ток стабилизатора инагрузки ограничивается резистором на более низком уровне. При этом низковольтные элементы схемы защищаются от перенапряжения стабилитронами 5 и 12. Чтобызашитный стабилитрон 12 не влиял отрицательно на нормальную работу стабилизатора, его номинальное напряжение должно быть выше напряжения стабилизатора 4.Выходное дифференциальное сопротивление стабилизатора можно оценить выражениемг 0,5 ККкРй УЪз 1 (1)где К- сопротивление измерительногорезистора 6;К- сопротивление дополнительногорезистора 7ф,фг - усиление по току транзисторов 140 и 2 соответственно;85 в крутизна транзисторов пары 3.При этом55 = 1" /2 т =1 lУт ьгде 1", 1 ф - стабилизированные токи двух.45 полюсников 9 и 10 соответственно, 1 щ = 14/2;Рт - температурный потенциал, приТ = 300 К Ут = 26 мВ.Для известного устройства имеемг 0,5ККр5 приЬа 1 (3)где К - сопротивление измерительногорезистора;Р в сопротивлен дополнительногорезистора;5 - крутизна регулирующего транзистора,55Яа - усиление по току вспомогательного транзистора.Аналогично (2)Я х /, (4)1151936 Фиг.1 где 1 к - ток эмиттера регулирующеготранзистора1 ьин 4 1 к1 ьасВ условиях перераспределения тока между регулирующим транзистором и дополнительным резистором1 к = 0 при 1.1 = 1.3 нс1 з;-"1 при 11 = 1)нин, (5) где Уи 1 - напряжение и ток стабилизатора.Ив (2), (4) и (5) вытекает, что при выборе 11 (например, 1" = 0,011) для 1 в = 0,5 1 имеем 5Ьз. Однако учитывая, что У = 15 - 40, а У = 100 - 500, из сравнения (1) и (3) следует: дифференциальное сопротивление предлагаемого стабилизатора значительно превышает такой параметр известного, При замене транзистора 2 составным транзистором Дарлингтона нетрудно увеличивать Уа, следовательно, и г предлагаемого стабилизатора еще 1 - 2 порядка, в то время, как такая замена вспомогательного транзистора в известном стабилизаторе практически не увеличивает г.Так как параметры А и Ра, а также Ьз при фиксированном токе 1 слабо заИ висят от режима стабилизатора, то дифференциальное сопротивление г предлагаемого стабилизатора мало изменяется при изменении 1.1 от Бммн до Ц В то же время согласно (3), (4) и (5) параметр г известного стабилизатора при высоких рабочих напряжениях значительно уменьшается.Дифференциальное сопротивление предлагаемого стабилизатора тока значительно превышает такой параметр известного.10 Предлагаемый стабилизатор тока позволяет расширить область использования стабилизаторов тока на высоковольтных транзисторах, увеличивать стабильность выходного тока таких стабилизаторов. Благодаря реализации в виде двухполюсника, высококачественный стабилизатор тока не требует дополнительных источников питания. Стабилизатор тока позволяет увеличивать надежность и безопасность их рабо ты. Особая форма вольтамперной характе.ристики разрешает включить такие стабилизаторы тока последовательно, что дает расширение диапазона выходных напряжений.СостТехред ТиражНИИПИ Госудапо делам из об 035, Москва, Ж - ППП Патент,Копректо Поюще мое комитета СССР и открытий шская наб., д, 4 род, ул. Проектн