Стабилизатор постоянного напряжения

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК . АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскиаСоциалистическиРеспублик р 943674.ФСТР вв май взвво 1 ниЯ в,вткрытвЯ(72) Авторы изобретения Минский радиотехнический институт(54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ 1Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника.электр тропитания различной радиоэлектронной аппаратуры, в первую очередь кон 5 трольно-измерительной, предъявляющей высокие требования к параметрам питающих напряжений.МгИзвестен стабйлизатор напряжения,. содержащий регулирующий"трандйстор, эталонный реЗйстор, транвистоц эащи." ты и операционный уСилитбль,.:Выход . которого подключен к базерегулирующего транзистора, инвертирующйй,вход-, к средней точке выходного .делителя; неинвертирующий вход - к катоду первого стабилизатора; подключенного параллельно через резистор к выходным,клеммам При .этом клеммыпитания операционного усилителя соединены со втбрымстабилитроном, включенным параллельно через резистор ко вход". йым клеммам ь 1 . 2Недостатком этого стабилизатораявляется невысокий коэффициент стабилизации выходного .напряжения вследствие питания эталонного (первого)стабилитрона и операционного усилителя от входной цепи, так как при таком включении увеличение или уменьшение входного напряжения приводит кизмейейию Йапряжения на эталонномт 1 ерваю,стабилитроне а, следовательно,:,и на, выходе стабилизатора. Поэтой же причйне стабилизатор имеет срав,нительно"высокий уровень пульсаций выодного напряжения, Кроме того, необходимость включения эталонного резисто" ра для защиты стабилизатора от короткого замыкания увеличивает его выходное сопротивление, что также нежелательно; Известен стабилизатор постоянного напряжения, содержащий усилитель по" стоянного тока, вход которого соединей .с органом сравнения, включающимпервый источник опорного напряжения, а выходной каскад на транзисторе подключен к управляющему входу регулирующего транзистора с резистивным датчиком тока в эмиттерной цепи, причемколлектор регулирующего транзистора соединен посредством стабилитрона с базой транзистора выходного каскада, база и эмиттер которого через сопро;тивление и второй источник опорного 10напряжения соответственно подключенык входу стабилизатора 2,Этот стабилизатор имеет повышенный коэффициент стабилизации, поскольку питание усилителя постоянного тока осуществляется с выхода стабилизатора и первый источник опорного напряжения не связан со входомстабилизатора, однако по уровню пульчсации выходного напряжения он не имеет преимуществ по сравнению с известным стабилизатором, так как и в этом случае пульсации входного напряжениячерез сопротивление, транзистор выходного каскада и регулирующий транзистор проходят на выход стабилизатора.Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является стабилизатор напряжения, содержащий регулирующий элемент на двух транзисторах различного типа проводимости, коллектор одного из которых соединен с делителем выходного напряжения, шунтированным цепью из последовательно соединенных и стабилитронов и генератор тока, а эмиттер - со входнойклеммой стабилизатора и через резистор - со своей базой и с коллек, тором второго транзистора, база которого подключена к выходу операци 40 онного усилителя, входы которого соединены соответственно со среднейточкой делителя выходного напряженияи с точкой соединения и стабилитронов с генератором тока, Стабилизаторобеспечивает достаточно хорошее подавление пульсации питающего напряжения за счет включения и стабилитронов в цепь отрицательной обратнойсвязи, вследствие их малого дифферен.циального сопротивления. С другой стороны, сочетание двух транзисторов разной структуры позволяет получить низкое выходное сопротивление регулирующего элемента благодаря отрицательной обратной связи между транзисторами.Недостатком этого стабилизатора является нерациональное включение операционного усилителя (ОУ), не позволяющее реализовать потенциальныевозможности схемы, Во-первых, питание ОУ от входной цепи приводит ктому, что нестабильность входногонапряжения стабилизатора вызываетфлуктуации входного смещения ОУ,которые, суммируясь с сигналами вцепи обратной связи, снижают стабильность выходного напряжения стабилизатора. Включение в цепь питанияОУ параметрического стабилизатора,хотя и дает определенный положительный эффект, не приводит к кардинальному улучшению положения, посколькупульсациинапряжения на клеммах питания ОУ при нормальной нагрузке стабилизатора и в этом случае достаточновелики, Во-вторых, согласование ОУс регулйрующим элементом при помощирезистивного делителя приводит куменьшению коэффициента стабилизациивследствие ослабления отрицательнойобратной связи, так как делитель,включенный в эмиттерную цепь второго транзистора, значительно снижаетусиление каскада на этом транзисторе.Указанные причины ограничивают коэффициенты стабилизации и подавлениепульсаций питающего напряжения науровне нескольких десятков тысяч,что для прецизионной аппаратуры вряде случаев оказывается недостаточным,Целью изобретения является снижение уровня пульсаций и повышение стабильности выходного напряжения,Поставленная цель достигается тем, что в стабилизатор постоянного напряжения введены второй резистор, шунтированный первым конденсатором, диод, второй конденсатор, цепь из последовательно соединенных третьего резистора, второго диода и третьего конденсатора, включенная параллельно делителю и параллельно введенной цепи из последовательно соединенных щ стабилитронов и второго генератора токапри этом второй конденсатор включен между коллектором первого и эмиттером второго транзисторов регулирующего элемента параллельно цепи из п 1 стабилитронов, а клеммы питания операционного усилителя подключены параллельно третьему конденсатору, причем одна из этих клемм питания через последовательно соединенные диод и второй резистор соединена сгде Ц - максимальное напряжение навходе стабилизатора;Бп - напряжение питания операционного усилителя 7,и пульсации входного напряжения наклеммы питания операционного усилителя 7 практически не попадают, таккак диод 11 при этом оказывается закрытым.Далее работа предлагаемого стабилизатора в основном не отличается отработы известного. При любом отклонении выходного напряжения от номинального изменение напряжения наинвертирующем входе операционного усилителя 7 при малом диФференциальномсопротивлении цепи из и стабилитронов 5 и большом сопротивлении генератора тока 6 превышает изменение напряжения на неинвертирующем входе(средней точке выходного делителя 4).Поэтому при увеличении выходногонапряжения напряжение на выходе операционного усилителя 7 уменьшается,и наоборот, Выходное напряжение операционного усилителя 7 используетсядля управления вторым транзистором3, опеределяющим ток базы первоготранзистора 2. В стабилизаторе имеется еще одна дополнительная цепь отрицательной обратной связи с коллектора первого транзистора 2 на эмиттервторого транзистора 3 через параллельно соединенные конденсатор 12 и щстабилитронов 15. Например, при увеличении тока нагрузки повышается падение напряжения на первом транзисторе2 и снижается потенциал на его коллекторе. Через щ стабилитронов 15 иконденсатор 12 это изменение прак 5 9436эмиттером первого транзистора регулирующего элемента, кроме того в неговведен стабилитрон, подключенныйпараллельно клеммам питания операционного усилителя. 5На чертеже представлена функциональная электрическая схема стабилизатора постоянного напряжения,Стабилизатор содержит регулирующий элемент 1 на двух транзисторах 102 и 3, делитель выходного напряжения4, последовательно соединенные и стабилитронов 5, генератор тока 6, операционный усилитель 7, резистор 8,второй резистор 9, конденсатор 10, 15диод 11, второй конденсатор 12, третий конденсатор 13, второй генератортока 14, последовательно соединенныещ стабилитронов 15, третий резистор16, второй диод 17, стабилитрон 18. оТранзисторы 2 и 3 образуют-регулирующий элемент 1, делитель 4 обеспечивает возможность регулировки выходного напряжения стабилизатора, последовательно соединенные и стабилитронов 255 и генератор тока 6 образуют опорный источник напряжения. Операционный усилитель 7 является сравнивающими усилительным элементом цепи обратной связи стабилизатора, питание егоосуществляется через последовательносоединенные третий резистор 16 и второй диод 17, при этом цепь из второго резистора 9, конденсатора 10 и диода 11 служит для запуска стабилизатора при включении. Последовательносоединенные й стабилитронов 15 и второй генератор тока 14 необходимы длясогласования регулирующего элемента1 и операционного усилителя 7 и обеспечения оптимальных условий работыпоследнего. Второй конденсатор 12обеспечивает отрицательную обратнуюсвязь в регулирующем элементе 1 навысоких частотах. Третий конденсатор13 является блокирующим в цепи питания операционного усилителя 7. Стабилитрон 18 стабилизирует напряжение питания операционного усилителя7. Резистор 8 предохраняет транзистор2 от пробоя при коротком замыкании навыходе.Стабилизатор работает следующимобразом.При подаче на вход стабилизатора55напряжения ток, проходящий через конденсатор 10 и диод 11, поступает наклеммы питания операционного усилителя 7 и включает стабилизатор. Уве 74 6ренное включение. устройства обеспечивает второй диод 17, который в момент включения закрывается и исключает шунтирующее действие нагрузкии выМодных цепей стабилизатора, Пита.ние операционного усилителя 7 послевключения осуществляется с выходастабилизатора через третий резистор16 и второй диод 17, а цепь запускаотключается: постоянная времени цепи,состоящей из конденсатора 1 О и второго резистора 9, выбирается многобольшей, чем период пульсаций входного напряжения, поэтому в рабочем режиме стабилизатора конденсатор 10заряжен до напряжения9436тически полностью передается на эмиттер второго транзистора 3, вызывая увеличение тока коллектора этого транзистора, и следовательно, тока базЫ первого транзистора 2, что при водит к уменьшению падения напряжения на этом транзисторе.Введение цепи из щ стабилитронов 15 вследствие. их малого сопротивления увеличивает глубину дополнительной отрицательной обратной связи в регулирующем элементе 1, так как при этом между коллектором первого транзистора 2 и эмиттером второго транзистора 3 оказывается включенным 15 значительно меньшее сопротивление, чем в известном. Одновременно увеличивается глубина основной обратной связи за счет увеличения коэффициента усиления каскада на втором тран зисторе 3, поскольку в цепи эмиттера этого транзистора. оказывается включенным малое сопротивление стабилитронов. Конденсатор 12 расширяет полосу отрицательной обратной связи, И что также способствует повышению стабильности выходного напряжения стабилизатора, особенно при быстропеременной нагрузке.Выбор соответствующего напряжения 50 стабилизации цепей из щ и и стабилитронов также позволяет. повысить стабильность выходного напряжения стабилизатора. Известно, что в дифференциальных операционных усилителях (ОУ) максимальный коэффициент усиления и наилучшее подавление синфазной помехи достигается при выполнении условий409 О 8 хЯ. Вьх 2 п, где Цух, Ц 8 х, Уц - напряжения навходах и выходе ОУ.Этот режим обеспечивается при напряжении стабилизации цепи из и стабилитронов 5 0 и цепи из щ стабилитронов 15 Ц 1 .150где 13 8 ьх т - выходное напряжениестабилизатора.Питание операционного усилителя 7в рабочем режиме от выходной цепипозволяет практически полностью ис 55ключить влияние изменений входногонапряжения на цепи обратной связистабилизатора. В результате предлагаемый стабилизатор без существенного усложнения принципиальной схемы позволяет получить коэффициент стабилизации не менее 5 -10 и коэффициент подавления пульсаций входного напряжения не менее 8 10 (у известного 2.10 и 510 4 соответственно), т, е, улучшить параметры стабилизатора более чем на порядок.Дополнительным преимуществом предлагаемого стабилизатора является то, что он, в отличие от известного, обеспечивает защиту стабилизатора от короткого замыкания по выходу и от перегрузки по току. При увеличении тока нагрузки все большая часть тока второго генератора тока 14.ответвляется в эмиттер второго транзистора 3. В какой-то момент цепь из щ стабилитронов 15 выходит из режима стабилизации и .стабилизатор:переходит в режим стабилизатора тока., При .дальнейшем увеличенйи тока нагрузки напря; жение на коллекторе первого транзистора 2 уменьшается, становится меньше напряжения стабилизации цепи из а стабилитронов 5, при этом разрывается основная цепь отрицательной обратной связи и положительная обратная связь через выходной делитель 4 и операционный усилитель 7 вызывает лавийообразный процесс эапирания .регулйруемого элемента 1.Для повторного включения стабилизатора необходЦмо .снять напряжение на его входе навремя., достаточное для разряда конденсатора;10 через второй резистор 9,. а, затем сйовавключить. Второй генератортока 14" .позволяет очень точно, регулировать ток защиты стабилизатора, однако если такой необходимости: нет, .в качестве этого генератора тока, можно использовать резистор. При изменении величины нагрузки меняется ток, потребляемый операционным усилителем 7, и изменяется его напряжение питания вследствие изменения падения напряжения на третьем резисторе 16. Это вызывает небольшое уменьшение коэффициента стабилизации при увеличении тока нагрузки, Наиболее ярко это явление наблюдается в случае, когда выходное напряжение стабилизатора значительно превышает номинальное напряжение питания операционного усилителя 7. С цепью устра943674 1 О формула изобретения каз 5107/54 одписное ираж ВНИИ Проектная, 4 П "Патент", г. ужгород или нения этого эффекта параллельно клеммам питания операционного усилителя7 включается стабилитрон 18. 1. Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий элемент на двух транзисторах различного типа проводимости, коллектор одного из которых соединен с делителем выходного напряжения, шунтированным цепью из последовательно соединенных и стабилитронов и генератора тока, а.эмиттер - со входной клеммой стабилизатора и через резистор - со своей базой и с коллектором второго транзистора, база которого подключена к выходу операционного усилителя, вхо ды которого соединены соответственно со средней точкой делителя выходного напряжения и с точкой соединения и стабилитронов с генератором тока, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что; с Б целью снижения. уровня пульсаций и повышения стабильности выходного напряжения, в него введены второй резистор, шунтированный первым конденсатором, диод, второй конденсатор, Зо цепь из последовательно соединенных третьего резистора, второго диода и третьего конденсатора, включенная параллельно делителю и параллельно введенной цепи из последовательно соединенных й стабилитронов и второго генератора тока, при этом второй конденсатор включен между коллектором первого и эмиттером второго 1транзисторов регулирующего Элемента параллельно цепи из ш стабилитронов а клеммы питания операционного усилителя подключены йараллельно третьему. конденсатору, причем одна из втих клемм питания через последовательно .соединенные диод и второи ре-, зистор соединена с эмиттером первого транзистора регулирующего элемента.2. Стабилизатор по и, 1, о т л и" ч а ю щ и й с я тем, что в него вве" ден стабилитрон, подключенный параллельно клеммам питания операционного усилителя. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство ССОР М 513353, кл. С 05 Р 1/56, 1976,2. Авторское свидетельство СССР Ю 498616, кл. С 05 Р 1/58, 1976.