Стабилизатор постоянного напряжения

Союз СоветскикСоциалистическимиРеспублик ОП ИСАИИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 173607(23) Приоритет по делата нзобретеинй н атнрытнйДата опубликования описания 30,05,80(54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Изобретение относится к электротех: нике, в частности к электропитанию радиоэлектронной аппаратуры, и может быть использовано в качестве вторичного источника питания.Известны стабилизаторы постоянного напряжения, содержащие регулирующий элемент, усилитель постоянного тока, схему сравнения и пусковое устройство, содержащее динистор или однопереходнойо транзистор, подключенные параллельно регулирующему элементу Щ.Недостаток этих стабилизаторов - возникновение перенапряжений на зажимах нагрузки, вызванных пробоем динистора или двухбазового диода при высоких входных напряжениях, что препятствует использованию данного стабилизатора для питания интегральных схем, чувствительных к перенапряжениям.Таким образом стабилизатор имеет неудовлетворительные импульсные переходные характеристики при значит" льном повышении входного напряжения. Наиболее близким к изобретению является устройство, которое содержит регулирующий каскад на транзисторах разного типа проводимости, соединенный одним выводом с первой входной, другим - с первой выходной клеммами, а управляющим электродом - с выходом усилителя постоянного тока, один вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а другой - к среднему выводу первого потенциометра, соединенного двумя остальными выводами с первой и второйР выходными клеммами 21,Недостаток данттого стабилизатора чрезмерное отпирание транзисторов регулирующего каскада, большой импульс тока включения, опасный для этих транзисторов. Кроме того, при недостаточной величине емкости конденсатора, подключенного параллельно первой и второй; выходным клеммам, в момент пуска происходит кратковременное повышение выходного напряжения протиь нормального.ВЕРтОГО РЕЗИСтОРа И ПаРаплалито ВКДЦСченных пятого резистора и первого конденсатора резистпвно-амкостной пускоВОЙ ЦЕПИр ЧРРЕЗ ДОПЖЕ 1 ИТРДЬтмйт. Раэис-тОР к пеРвой выходной кламмер .".;РазПЕРВЫЙ ДИОД К СРЕДНЕМУ ВтрЕВОДУ ВТОРОго потенциом -.тра, подкдюченному;ардл-.ледьно источникУ смещениир пеРВЫЙ вывод которого соадинен с Выводом четвертого резистора резистивно-емкостной пусковой цепи и коллектором пер-вого транзистора управпяеоецего 11 иффаренциадьного каскада, а второй ВыводСОВМРСтНО С ВЫВОДОМ ПЗРддлалзО СОа "диненных пятого резистора и первого гп Таким образом, стабилизатор мт:.ат неудовдатворитадьные пусковые и перт: - ходныа .характеристики и поэтому недостаточно надежен.Цель изобретения - удучдание пуско- ВЫХ И ИМПудЬСНЫХ ПарРХОДЕЬЕХ Хартцкта=- ристик стабилизатора постоянного напрякения.ПОСтаЩаННаЯ ЦЕДЬ ДОСтИГаЕтСЯ таМрчто усилитель постоянного тока выполненВ виде предварительного и управетюлагодиффарециальных каскадов на транз 1 сто-.Рах Разного типа ПРОВОДмостер пРичембазы первого и. Второго трацзистсроапредваритсльного диффарецциапьцого кас-.када соотватстваН 10 соединены с ОднимИ ДРУГИМ ВХОДВМИ Уси;ИТВПЯ ПОСТОЯППот О тока их эмиттэры через первый иазс ТОР - С ПЕРВОЙ ВЫХОДНОЙ КлаМГтОтр КО 11 ак 70 тор первого транзистора через второй РезистоР, а втоРого еепосРедств ргпо . - с второй выходеой кчаммой, эмпттерь первого и Второго транзисторов 1 рдв - дяющего дифференциального каскада ча= рез тр етий р азистор подключены ко 11 торой Вы.ходной клемме, база первого трдзисто=.- Ра СОЕДИНЕНа С КСДЕДЕКТОРОМ ПаРВГГОтРаНЗИСтОРа ПРЕДВаРИтаДЬОГО Дифф - ;Рат-.цидльного каскада, а коллектор Второгоч ть транзистора управлявшего диффер нцадь:- ного каскада - с вь 1 ходом усидитепя пос- тОЯННОГО тОКа, В УПРдв 1 ЯЕОтЕй ДцффЕРанЦиаДЬНЬЕЙ КВСКаД БВЕДВН УЗад ЗатГттр.содержащий резистивно-егикост 1 у 1 пус-: ковую цепь состоящую из посдадовата 11-. но включенных четвертого резистора и цепочки параллельно вклочаеных пятого резистора. и первого конденсаторе, лотт.нительньей РезистоР, паРВый диодр источ-.ник смещения, датчик тт ка и второй О- тенциометр, причем база второго тран, ЗИСтОРа УПРаВДЯЮЕДЕГО ДИффЕРЕНЦИадт:,НОГО каскада подключена к общей точ.е тест 7 4конденсатора разистивно-емкостной пус- тковой папи - с ВТОРой ВыходеОЙ кламмОЙрдатик тока подключен между второйвходной и второй выходной клеммагли.С цепьа повышения чувствительносЕиУЗЕа ЗддтнтЫ И СНИжаНИЯ ОСтатОЧНОГО тока рагу 1 ируопего каскада при широком диапазона изменения входного напряжения в разрыв между эмиттером второго транзистора управляющего дифференцидддьного каскада усилитья постоянного тока и Вьводом третьего резистора, соединенного с эмиттером первого транзистора управляваго дифференциального КаСКатда ВКД 10 ЧРЕт КИ 1 ДЕКТОР-,ЭтттаРНЫЙ переход введенного первого допод 1 ительцого транзистора того же типа проводимости, ртчам база этого транзистора через шестой и седьмой резисторы подклюЕана к первой выходной клемме и па Вой пемма источника смещения и через последовательно соединенные восьмой разстор и второй диод - к второй входной клемме.С целью удучшеция работы в переход- ЦЬтХ РЕКГЕаХ ПРИ ИМПУДЬСНЫХ ИЗМЕНЕНИЯХ тока нагрузки В наго Введен второй доодтиткц.еый транзистор, база которого соединена с коплектором второго тран. - зистора прадваритепьного д 1 фференциадг ноГО каскддс усидитмя постояне 1 ОГО тока и через Введенные парапледьно вкдюченныа девятый резистор и второй конден- С ВТОР щ С ВТОРОИ ВЫХОДНОИ Кламмоир эмиттар через десятый резистор подклю=. чец к втоРой выходной клею,ер а коллек тор - к среднему езееводу введенного третьего потееециоматра, подключенного остадьцыми двумя выводами между первой Выходной клеммой и крайним вывс дом первого потенциометра.С целью получения плавного повьппта=. ния вьеходеого напряжения при пуске база первого транзистора управляео 1 цаго дифферанеиадьного каскада усилителя постоянного тока чераз введенные после. довательно соединенные одиеенаддатьей резистор и третий коееденсатор подклкчена к первой вьходной клемме.На фиг. 1 р 2 р 3 и 4 приведены схемы стабилизатора постоянного напряжения с улучшенными пусковыми и импудьсными переходными характеристиками.еЛабидизатор содержит регудируюегий каскад на транзисторах 1 и 2 разного типа проводимости,скттжть постоянно-. го тока, Выпопнанный в виде предварительного, транзисторы 3 и 4, и управ50Стабилнтрон дополнительно содержиттранзистор 24, включенньпс последовательно в цепь эми-.терг транзистора 6 управляющего дифференциального каскада усилитечя постоянногО токя, причем базадополнительного транзистора чгрез резисторы 25 и 26 подключена к первойвыходной 20 клем.ге и первой клеммедополнительного сточнцкя 16 смещеесия,Я ЧЕРЕЗ ПОСЛЕДОВЯТЕПЬНО СО.ДИНЕИНЫЕ РЕ 5 7 ляющего, транзисторы 5 и 6, дифференциальных каскадов, источник опорного напряжения, выполненный ня стябилитроне 7 и резисторе 8, подключенных параллельно выходным клеммам, потенциометр 9 и узел защиты, содержащий резис тивно-емкостную пусковую цепь из резисторов 10 и 11 и конденсатора 12, дополнительный резистор 13, диод 14, потенциометр 15, дополнительный источник 16 смещения, и датчик 17 тока, Кроме указанных элементов стабилизатор содержит выходной конденсатор 18, подключенный с нагрузкой 19 к первой 20 и второй 21 выходным клеммам.К первой 22 и второй 23 входным клеммам подводится напряжение источника энергии, например выпрямителя,Устройство работает следующим образом.При подключении и входным клеммам 22 и 23 источника энергии транзисторы 1 и 2 регулирующего каскада, а также транзисторы 3,4,5 и 6 закрыты и напряжение на выходных клеммах 20,21 отсутствует. Одновременно за счет дополнительного источника 16 смещения начи нает заряжаться конденсатор 12 через резистор 10. Когда потенциал базы транзистора 6 превышает пороговое напряжение эмиттерного перехода упомянутого транзистора, последний открывается и включает в работу транзисторы 1 и 2 регулирующего каскада; ток эмиттера транзистора 1 заряжает выходной конденсатор 18, т.е. появляется напряжение на выходных клеммах 20 и 21. При этом процесс открывания транзистора 6 и транзисторов 1 и 2 форсируется за счет тока дополнительного резистора 13, подключеегного к базе транзистора 6. Таким образом, на указанной стадии пускового процесса транзисторы 6, и 2 находятся в петле положительной обратной связи, образованной благодаря включению дополнитвпьного резистора 13, что и обеспечивает автоматический запуск схемы, выполненной на траегзисторах разного типа проводимости.Вместе с тем характерной особенностью примененного устройства защиты является то, что с появлением вьгходного напряжения под действием сигнала, поступающего с движка потенциометра 9, всегда первым открывается транзистор 3 предварительного диффереещиального каскада. а транзисторы 4 и 5 закрьггы. Тем самым исключается воз 36077можность зяпиряния и пноцессе пускатранзистора 6 за счет падения напряжения на резисторе в.обшей цепи транзисторов 5 и 6, которое зависит от тока змиттера транзистора 5. Лишь тогда,когда выходное напряжение достигаетноминального уровня Открываеотся трянзисторы 4 и 5, т,е, не эмцттер транзистора 6 поступает усиленный сигнап ряс 10 согласования. Иньгми словами, вступаетв действие контур общей отрицательнойобратной связи и переход стабилизатораиз режима пуска в режим стабилизациивыходного направления не сопровождаетЕ 5 ся., в отличие от известного, импульснымвыбросом выходного напряжения,В режиме нормальной работы стабилизатора диод 14 остается почти закрытым, что обеспечивается соответствую 20 щим подбором псложения движка потенциометра 15. При этом изменение токанагрузки 19 и соответствующее изменение напряжения на датчике 17 тока вмалой степени сказывается на режиме работы транзистора 6,При перегрузке или коротком замыкании выходя напряжение ня датчике 17тока существеннО возрастает, вследствиечего диОд 14 Отпирается ес бязя траеезистора 6 оказывается подключенной черездиод 14 и часть низкоомной резистивнойцепи делителя к Отрицятютьной ьходегоиклемме 23. Транзистор 6 закрывается,закрываются и транзисторы 1 ц 2 регулирующего каскада, Бьгходное напряжениестабилизатора снижается и, когда опорный стябилптрон 7 выходит из режимапробоя, трянзцсторьг 4 и 5 закрываются,вследствие чего контур общей отрицатель 40ноц обратной связи оказывается рязомеснутым, а контур положительной обратнойсвязи создает тенденцию к лавинообразному зякрьгвянцю транзистора 6 и соответственно транзисторов 1 и 2. В пред,пагаемой схеме защиты не возникает импульсных перегрузок по току транзисторов 1 и 2.зистор 27 и диоды 28.20 - к второй выходной клемме 21,Напряжение смешения не базе трецзис=: тора 24 выбрано тек, чтобы цри пуска и при режиме стабилизации Этот тран- зистор находился в режиме часьццения поэтому В этих режемех работхстабилизатора, выполненного по схеме ф 11 г 2 не отличается от работы стабилизачгозе по с.хеме фиг. 1.При перегрузке за счет действи 11,.1- пи из резистора 27 и диодов 28 и 28 транзистор 24 выходит из ре,киме ц,"-,:- сышения и закрывается всдедствие ч -1:. Го ПОВЫШЯЕТСя ЭффЕКГИВ 11 ЭС г Ь Зац:,11 ЗЯСП транзисторов 6, ата,же: 1 и 2, причем остаточный ток транзисторе 1 окал вается весьма малым црц щирском дцназоне изменений входного напряжеция.Стабилизатор, показанный ня фиг, 3,. доподнительно содержит транзистор 30,. база которого соединена с кхз.ектаром тРаНЗИСтоРа 3 ПРЕг 1 ВЯРИТЕЛЬЦОГО ДцффЕРЕЦ"- цивльцога каскада у 11 литепя посто ,1; тока и через перадле 1 ьно вклочен;-. . резистор 31 и конденсатор 32 - с вт 0- .рой выходной клеммой 21, э 11-тт.:р ч."-," рЕЗ рЕЗИСтОр 33 - С ВтОООй ВЬ 1 ХОг;Юй кдеммой 21, а коллектор - с двих 1 кам3(з потенциометоа 34 подклзс 1 чецнагз Однимвыводом к первой вьходнач клемме 20, а другим - к выводу цотенццометре ЛВведение транзистора 30 саздс"" местнуза Г 10 ложительну 10 Обозвтззча свя 3:. в предварительном каскаде усилит ег:я постоянного тока, причем коэфззи 11110 нт усиления по току транзистора 30,ьзбзцрается близким и еднцце зе -,.- Вт 1 пи.: мерного равенства резист 1 зров 31 ц 3. ИСПОЛЬЗОВЯНИЕ ТВЯ 11 З 11 ггвз 3 Г 1 з:З.: повысить к.рутизну иэмерцтецьцо, з;е - .,ч т ранзистар е 3 ув еппч ить Я з 1,11 цт, с г надя ошибки на базе транзисторе тем самым устранить гереходцук. По-.-;.зец 1:= ность стабилизатора при импульс 11 ь 1 з 1 из:- МЕНЕНИЯХ ТОКЯ НЕГ 1 ЗУЗК ЦЗО 1 Е гГ 0при наддРкашем подбоое поч-; ч -;1 ка потенциометра 34 удается Нгит:, пульсации напряжения на Выходе -,.Ззабилизятора.Стабилизатор показанный нв фцг 4, ДОПОЛНИТЕДЬНО СОДЕРКИТ ЦЕПОЧК. 113 ЦО - следовательно соединенных резистор 35 и конденсатора 36, подкдкзчец 11 укз одним выводом к первой выходной к 1 еью 1 е 20, а другим к обшРй точке какчекторе транзисторе 4 предварительного диф.;.". ренцивльнагО кесзазия ц без трн,ИГ"TР. -зашиты црц перегрузках по току, при импульсных изменениях тока нагрузки .:е Воззхикя": зроведсв" в Выходном на= ;10 Я ХсЕНИ 11 Обеспе 1 цвается плавное нарастание :; 1 ходногс напряжения при вклзочениях стабилизатора, предстаитязоиее интерес при некоторых режимах работы, например цззи цитецци. усилителей мошности от ст. -б 1 пизцрованцых устройств, удается цре,:;ох запит, ьходные трвпзистарь 1 усилите" 1 Ей :.ЗЦЦоо 1 Ц От Вт У ОДЯ НХ И 3 СТРОЯ В:.,ОМЕ 1 т 1 Зклзоч иня ВОРМУД 11 и 3 о б р е т е н и . - :. 1 Стаб 11 иэатор постоянного наппяже=, С;З 11 Е 1 ЗХ 1 ЯШнй гРгд П 1 ру 10111 нй КЯСКВД:;е тз.внзцсторех резного типа проводи-( гчсгс дицезп 1 ый алпим Выв 0110 м первой входз 1 ой другим - с первой вы- ХОДЦОЙ .-.лЕ 11 В 1 П 1, Л ПРЕЫ 1 Я 10 ЩИМ ЭЛЕК 1- родо.1 . - . с 1 зьзходом усилителя пастояцно - - Го ТОК ог 1 ИЦ ВХОД КОТОРОГО ПОДЯПОЧЕН 11 г 1 уоч 1 ику опооного напряжения, а дру гой - к среднем зыводу первого потекциометра соед 11 ненно 1"о двумя остадьцыми выводяы с первой и второй выходными клеммами, отдич ею 1 ци Йя 1 е 1 0 с цел 10 уду 1 щения пуско. - вых ц имцудьсньо 1 переходных .харекчеристпк, усилитель постоянного тока выпад нен в виде предвяритечьного и уцряь 1 яз 1 зшего дифференциальных каскадов не трн-зисторах разного типе проводимости. Прием овзы первого и втар 010 тззанзистоф-. ря 5 уиравдязозцего дифферезшиадьного 1 К 1 ЕЦЯ УСИЛИТРЛЯ ПОСТОЯНЦОГО ТОКЕ,","пз 11 появлении в режиме пуска выходного напряжения зарядный ток конден.:;тора 36 через резистор 35 создаетпспохнтепьное смешение на базе транзистора 5, .последний приоткрывается и на. эммитер транзистора 6 подается напря;кение, снижязашее скорость уведичения токе через резистор В цепи коллектора транзистора 6 .что и обеспечивает плавное нарастание тока транзисторов 1 и 2, и следовательно, выходного напряжения ст а 6 111 цз ет О Гз ЯТгхиз ОбраЗОМ, Прн ВКП 10 ЧЕНИИ СтабИ- ,т;.Зетаоя цс возникает перенапряжений 1 а. Выходе, аегузпзрузощце транзисторыздззц 1 ец 1 От,"ротРквция б 011 ьших ТОКОВ цзи зкд 101 еции, что сбесцечивяет более недежну;о работу самого стабилизатора обеспечивается более четкое действиеров предварительного дифференциального каскада соответственно соединены с одним и другим входами усилителя постоянного тока, их эмиттеры через первый резистор - с первой выходной клеммой, коллектор первого транзисторачерез второй резистор, а второго непосредственнос второй выходной клеммой, эмиттгры первого и второго транзисторов управляющего дифференциального каскада через е 0 третий резистор подключены ко второй выходной клемме, база первого транзистора соединена с коллектором первого транзистора предварительного дифференциальНого каскада, а коллектор второго Е 5 транзистора управляющего дифференциального каскада - с выходом усилителя постоянного тока, в управляеощий дифференциальный каскад введен узел зашиты, содержащий ргзистивно-емкостную пуско вую цепь, состоящую из последовательно включенных четвертого резистора и цепочки параллельно включенных пятого резистора и первого конденсатора, дополнительный резистор, первый диод, источник смешения, датчик тока и второй потенциометр, причем база второго транзистора управляющего дифференциального каскада подключена к обшей точке четвертого рыеестора и параллельно включенных пятого резистора и первого конденсатора резистивно-емкостной пусковой цепи, через дополнительный резистор к первой выходной клемме, через первый диод к среднему выводу второго потенциометра, подключенному параллельно источнику смешения, первый вывод которого соединен с выводом четвертого резистора резистивно-емкостной пус 40 ковой цепи и коллектором первого транзистора управляющего дифференциального каскада, а второй вывод совместно с выводом параллельно соединенных пятого резистора и первого конденсатора резистивно-емкостной пусковой цепи - с второй выходной клеммой, датчик тока подключен между второй входной и второй выходной клеммами.2. Стабилизатор постоянного напря 50 жгниЯ по пе 1 0 т л и ч а ю ш и Й с Я тем, что, с цельео повышения чувствительности узла защиты и снижения остаточного тока регулирующего каскада при широком диапазоне изменения вход- ногО НаПРЯжЕНИЯ, В РаЗРЫВ МгжДУ ЭМИТТС ром Второго транзеестора упраВлепошгго дифференциального каскада усилителя постоянного тока и выводом третьего резистора, соединенного с эмиттером первого транзистора управляющего дифференциального каскада включен коллекторэмиттерный переход Ввгдеееееого первого дополнеетельееого транзистора того же типа проводимости, причем база этого транзистора через шестой и седьмой резисторы подклеочеееа к первой выходной клемме и первой клемме источника смещения и через последовательно соединенные ВОсьмОЙ розистор ее Второй диОд второй Входной клемме.3, Стабилизатор постоянного напряжения по и, 1, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с цельеэ улучшения работы в переходных режимах при импульсных изменениях тока нагрузки, в него введен второй дополеееетепьньей транзистор, база которого соединена с коллектором второго транзистора предварительного дифференциального каскада усилителя постоянного тока и через введенные параллельно випочеееееые девятый резистор и второй конденсатор - с второй выходной клеммой, эмиттер через десятый резистор подключен к второй выходной клемме, а коллектор - к среднему выводу введенного третьего потгнееиомгтра, Включенного Остэльньемее дВумя ВЫВОдами между первой Выходной клеммой и крайним выводом первого потенциометра.4. Стабилизатор постоянного напряжения по пь 1 О т л и ч а ю ш и Й с я тем, что, с целью паеучения плавного повышения выходного напряжения при пуске, база первого транзистора управляющего дифференциального каскада усилителя постоянного тока через Введенные последовательно соединенные одиннадцатый резистор и третий конденсатор подключена к первой выходной клемм Источники информации,принятые во Внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР491126, кл.05 Г 1/58, 1974,2. Авторское свидетельство СССР408295, кл. 6 05 Г 158, 1972,