Стабилизатор постоянного напряжения

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик О П И С А Н И Е (11) 4 ззвоеИЗОБРЕТЕН ИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ а 338976) Заяв 41 М. Кл. Н 02 ттт 3 с при 05 Х 1/ осударстоенныи комитеСонета 1 йинистров СССРпо делам иэаоретенийи открытий, М тын 71) Заявите В. .ф,4) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИ Изобретени нос нием точности отрабо элек ротехнике ствам для Однако с повыш ки стабилизатором юших факторов ста бильность, обуслов адиотехнике, а и табилизации пос внешних дестабилизируновится заметной неста- ленная самой схемой , такими факторами, как ного напряжения, неравносителей в транзистоменно к устротоянного напряж т. св. М 338тоянного напр ен 9 яж В основном ав стабилизатор пос держаший регулир вспомогательный опи стабилизатора, т, е непостоянство опор номерность потока ения, со- основной уюшии элемент и опорный исто выходной делит ники нап ь, кото ения, а такж рах, тепловая нестабильность параметрови пр. Суммарно это проявляется в виде низкочастотных флюктуаций выходного напряжеия Целью изоб ности стабт Для этого с тения является повыщени женця тлнзаци б нсилизатор снабжен ала подключенным одним в ным усил ителем, лельно хо м п точником пи ходу балан ильным о имметричным триггер ром и двумя и разбаланса,транзистодикаторамподключе ервым вход алансного усилителя непосредственно, торым - к второму выходу усилителя чеез стрелочный индикатор разбаланса, а рый выполнен с дополнительным транзистором, эмиттер которого через переменный 10резистор, а база через постоянный подключены соответственно к базе и эмиттеру выходного транзистора регулируюшего элемента, при этом коллектор дополнительноготранзистора, вспомогательный и опорный 15источники напряжения связаны с одним извыходных зажимов через резистор, а основной источник, эмиттерный резистор регули-руюшего элемента и делитель связаны сэтим же зажимом непосредственно. 20 Известный стабилизатор имеет очень маое выходное сопротивление, т, е. обладает ысокой степенью стабилизации выходного апряжения. 25 ным зажимам, статания, подключенным сного усилителя,м, вспомогательным двухканальными инодин из которых ом к первому выходувыходными каналами - через резистооык тока 16, например фотоэлектрического тивходам симметричного триггера, параллель- па, один вход которого подключен к выходно выходу которого подключены входы вто- ным зажимам 2, 6 а другой вход - к стагрого индикатора разбаланса, первый вЬ 1 ход-бильному источнику 17, стрелочныи индиОной канал которого через резистори один из б катор разбаланса 18, подключенныи к выконтактов сдвоенного выключателй подклю- ходу усилителя 16 последовательно с двухчен к входу источника опорного напряжениябанальным транзисторным индикатором, а второй - через резистоР базе разбаланса 19, который своими выходнымик базе вспомогательного транзистора, которая через другой каналами 20 и 2 1 через ограничительныерезистор соединена с общей шиной и с эмит О резисторы 22 и 23 присоединен к входамтером этого же транзистора, а его коллек- ,симметричного триггера 24, аналогичныйтор через второй контакт выключателя сое- .индикатору 19 двухканальный индикатординен с эмиттером дополнительного тран- разбаланса 25, включенный между коллекзистооа торными резисторами триггера 24 и присоединенный одним выходным каналом 26па чертеже приведена схема стабилиза- , через ограничительный резистор 27 и одинтора. из контактов сдвоенного выключателя 28Стабилизатор постоянного напряжения со- к точке соединения резистора 11 с источдержит основной источник питания 1, первый ником опорного напряжения 8, вспомогательиз полюсов которого соединен с выходным ный резистор 29, присоединенный эмиттеромзажимом 2, регулирующий элемент 3 в ви- к шине зажима 2, коллектором через второйде составного транзистора, состоящего из контакт выключателя 28 - к эмиттеру трандвух (или более)транзисторов 4, 5, соеди- зистора 13, а базой через ограничительныйненных между собой обычным образом (кол-Резистор 30 к второму выходному каналулектор с коллектором, эмиттер с-базой),31 индикатора 25 резистор 32,включен-,причем коллектор выходного транзистора 4 1 ный между базой и эмиттеромтранзистосоединен с втоРым полюсом источника 1, ра 29а эмиттер - с выходным зажимом 6, вспо-Стабилизатор работает следующим обрамогательный источник питания 7, первыйиз полюсов которого соединен с первым од ЗО Когда выключатель 28 разомкнут, напоименным полюсом источника опорного нап- зажимах 2, 6 устанавливается выходноеряжения 8, а второй - с узлом выделениянапряжение, величина которого обусловленасигнала рассогласования 9, который одним опорным напряжением стабилизатора, котоиз входов присоединен к второму полюсу рое вырабатывается источником 8, и соотисточника опорного напряжения 8, выходной ношением плеч делителя 10,,дедитель напряжения 10, включенный между Уменьшение по сравнению с обычнымивыходными зажимами 2, 6 и присоединен- компенсационными стабилизаторами завиный своим выходом к второму входу узла 9: симости выходного напряжения от входноговыход которого соединен с базой транзисто- и от тока нагрузки, т, е. повышение стабильра 5, являющегося входным транзистором ности, обеспечивается введением последова 40регулирующего элемента 3, резистор 11;,тельно с источником опорного напряжения 8включенный между точкой соединения источ- источника с напряжением, пропорциональнымника 1 с зажимом 2 и с делителем 10сигналу рассогласования, которое образуети точкой соединения источника 7 с источ-ся на резисторе 11 за счет коллекторного45"ником 8, эмиттерный резистор 12, включен- тока транзистора 13,ный между точкой соединения эмиттераОднако при повышении точности стабилитранзистора 5 с базой транзистора 4 и точ-, зации по входному напряжению и току нагкой соединения источника 1 с зажимом 21 рузки становятся заметными такие дестаделителем 10 и резистором 11, дополнителы билизирующие факторы, как непостоянствоный транзистор 13 (обратной проводимостиопорного напряжения, флюктуация потокаЬОотносительно проводимости транзистоРов - носителей в транзисторах, тепловое измене 4, 5), присоединенный коллектоРом к ние параметров и пр что проявляется вточке соединения источника 7 с источ- , , виде низкочастотных флюктуаций выходноником опорного напряжения 8 и с резисто- го напряжения, размах которых может дором 11, эмиттером через переменный стигать десятков микровольт.резистор .15 - к э миттеру транзистораВ описываемом стабилизаторе осуществ 4, балансный усилитель постоянного ляется непрерывная знакопеременная гистерезисная подстройка выходного напряжения,по источнику 17, в качестве которого может использоваться химический источник.э, д. с. с малой флюктуацией. Происходитэто следующим образом. Балансный усили ".:1тель 16 при помощи органов его управления уравновешивают при максимальной его:чувствительности на отсутствие выходногосигнала по стрелочному индикатору разбаш.ланса 18. Колебания стрелки индикатора, относительно нулевой отметки характеризуют собой флюктуацию выходного напряжения стабилизатора по отношению к напряжению источника 17, После уравновешиванияусилителя 16 выключатель 28 замыкают,и устройство начинает работать автоматически.Предположим, что выходное напряжениестабилй затора флюктуационно понижается.Вследствие этого происходит отрицательныйразбаланс усилителя 16 и в его выходнойцепи появляется ток, протекающий черезиндикаторы разбаланса 19 и 18, например,как показано на чертеже, справо налево,При этом в одной из коллекторно- эмиттер-.,ных цепей индикатора 19, т. е. вего .канале 21, также появляетсяток, нозначительно усиленный по сравнению с выходным током разбаланса усилителя 16.Ток канала 21, протекая через ограничительный резистор 23 и входную (базовую)цепь левой (по чертежу) половины триггера24, опрокидывает его так, что проводящейокаэьрается его левая половина.В результате резкого изменения напряжений на коллекторных резисторах триггера 24 происходит резкое изменение проводимостей выходных каналов индикатора 25,1 т. е. канал 31 закрывается, а канал 26,открывается. Возникающий в канале 26 ток,который опреДеляется резистором 27, вы, -зывает скачкообразное увеличение напряжения на резисторе 1 1, которое суммирует.ся с опорным напряженйем стабилизатора,вырабатываемым источником 8,Хотя суммарное опорное напряжение возрастаетскачком, выходное напряжение стабилизатора возрастает несколько медленнеепо экспоненте) вследствие имеющегосяобычно на выходе стабилизатора конденсатора фильтра большой емкости,Когда по мере заряда. конденсатора иувеличения выходного напряжения равновесие балансного усилителя 16 восстановится, ток в канале 21 индикатора 19 прекращается, однако выходное напряжение продолжает расти, так как состояние триггера 24 остается неизменным, Вследствие это; го возникает положительный разбаланс уси. лителя 16, в индикаторе 19 начинает проводить канал 20, при увеличении тока в кана;5 ле 20 до некоторого порогового значения5, ,триггер 24 опрокидывается и происходитсмена проводимостей каналов 26, 31 индикатора разбаланса 25,Током канала 31, который определяется, резистором 30, открывается вспомогательный транзистор 20 и коллекторным током,1 протекающим через резистор 14 и переходэмиттер - коллектор транзистора 5, подзапирает дополнительный транзистор 13. Вс.15 -дедствие этого его коллекторный ток и напряжение на резисторе 11 уменьшается, т. е.уменьшается суммарное опорное напряжениестабилизатора,20Выходное напряжение начинает понижаться в сторону отрицательного разбаланса, Подостижении порогового значения отрицательного разбаланса гистерезисный цикл повторяется. Таким образом выходное напряжение стабилизатора становится пульсирую щим по экспонентам симметрично знакопеременно) относительно постоянной составляющей, соответствующей равновесному со стоянию балансного усилителя 16, Размах1,З)пульсаций, остающийся в процессе работыстабилизатора практически неизменным,тем1 меньше, чем выше пороговая чувствитель:;ность триггера 24 и чувствительность кразбалансу усилителя 16 и ин икатора 19,Частота пульсаций выходного напряжениятем выше, чем больше чувствительность усилителя 16, индикато 1.а 19 и триггера 24 ичем меньше постоянная времени стабилизатора, в частности емкость на его выходе.4 О Если напряжение стабилизатора идеальностабильно, то частота пульсаций неизменная,Непостоянство выходного напряжения попричине каких-либо факторов преобразуетсяв непостоянство частоты пульсаций вследст 45 вие изменения в разные стороны (увеличе;ние, уменьшение) постоянных времени экспонент нарастания и спада циклов пульсации.Такое изменение формы пульсации влечетза собой изменение ее постоянной состав 50 ляющей,Таким образом выходное напряжение стабилизатора может быть рассмотрено как,сумма практически неизменного постоянногонапряжения по нижней границе пульсаций и55 постоянной составляюшей пульсаций, которая изменяется сообразно дестабилизиру. ющим факторам, т.е. сообразно изменению, формы пульсации, но не выходит за пределы ее размаха. Иными словами, нестабиль ность постоянной составляющей выходного, напряжения не превосходит размаха пульсаций.Современные технические средства позволяют получить стабилизатор с размахом пульсаций гистерезисной подстройки порядка нескольких микровольт, что является ощутимым резервом уменьшения флюктуации, т. е. повышения точности стабилизации постоянного напряжения.Предмет изобретен ияСтабилизатор постоянного напряжения по авт. св. % 338976, о т л и ч а юш и й с я тем, что, с целью повышения точности стабилизации напряжения, он снабжен балансным усилителем, подключенным одним входом параллельно выходным за- жимам, стабильным источником питания,подключенным к другому входу балансногоусилителя, симметричным триггером,вспомогательным транзистором и двумядвухканальными индикаторами разбайанса, 5; одйн из которых подключен первым входомк первому выходу балансного усилителя не:посредственно, вторым - к второму выходу усилителя .через стрелочный индикаторразбаланса, а выходными каналами - че, рез резисторы к входам симметричноготриггера, параллельно выходу которого подключены входы второго индикатора разбаланса, первый выходной канал которого через резистор и один из контактов сдвоен ного выключателя подключен к входу источника опорного напряжения, а второйчерез резистор к базе вспомогательноготранзистора, которая через другой резисторсоединена с общей шиной и с эмиттером 20 этого же транзистора, а его коллектор через второй контакт выключателя соединенс эмиттером дополнительного транзистора,