СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в источниках вторичного электропитания радиоаппаратуры.
Уровень техники
Известен стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий транзистор, усилитель постоянного тока (УПТ) на транзисторе противоположного типа проводимости, стабилитрон, первый и второй резисторы, резисторы делителя выходного напряжения (третий и четвертый резисторы), конденсатор, первый и второй диоды формирующие цепь состоящую из двух последовательно соединенных первого и второго диодов, включенную между выходными выводами стабилизатора, пусковую последовательную RC-цепь из конденсатора и первого резистора, одним выводом подключенную к точке соединения первого и второго диодов, а другим - к входному выводу стабилизатора и эмиттеру регулирующего транзистора, коллектор которого подключен к выходному выводу стабилизатора, а база соединена с коллектором транзистора УПТ, база которого соединена с выходом делителя выходного напряжения выполненном на третьем и четвертом резисторах, а эмиттер, через стабилитрон подсоединен к выходному выводу и через второй резистор - к общему выводу стабилизатора (патент RU №2367000, МПК: G05F 1/56).
Недостатком данного устройства является утеря работоспособности в результате кратковременной перегрузки по току, а также ограниченные функциональные возможности обусловленные:
низкой температурной стабильностью выходного напряжения (узким диапазоном рабочих температур) в случае широкого диапазона выходных напряжений;
узким диапазоном выходных напряжений при высокой температурной стабильности (широком диапазоне рабочих температур).
Наиболее близким аналогом - прототипом к заявляемому техническому решению является стабилизатор постоянного напряжения (патент RU №2480809, МПК: G05F 1/569).
Стабилизатор содержит регулирующий транзистор, эмиттером подключенный к входному выводу, а коллектором - к выходному выводу, усилитель постоянного тока (УПТ) на транзисторе противоположного типа проводимости, коллектор которого соединен с базой регулирующего транзистора, при этом база второго транзистора соединена с выходом делителя выходного напряжения на четвертом и пятом резисторах, а эмиттер через стабилитрон - с выходным выводом и через первый резистор - с общим выводом, пусковую RC-цепь состоящую из последовательно соединенных конденсатора и третьего резистора, и подключенную параллельно регулирующему транзистору, кроме того, эмиттер транзистора защиты соединен с точкой соединения конденсатора и третьего резистора RC-цепи, коллектор - с общим входным выводом, база - с одним выводом второго резистора, другой вывод которого соединен с катодом диода, анод которого подключен к выходному выводу.
Недостатком данного устройства является утеря работоспособности при кратковременном пропадании питающего напряжения, а также ограниченные функциональные возможности обусловленные:
низкой температурной стабильностью выходного напряжения (узким диапазоном рабочих температур) в случае широкого диапазона выходных напряжений;
узким диапазоном выходных напряжений при высокой температурной стабильности (широком диапазоне рабочих температур).
Раскрытие полезной модели
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели сводится к расширению функциональных возможностей обусловленных обеспечением высокой температурной стабильности выходного напряжения (широкого диапазона рабочих температур) при одновременном расширении диапазона выходных напряжений.
Технический результат достигается тем, что в стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий транзистор, коллектором подключенный к выходному выводу, усилитель постоянного тока (УПТ) на транзисторе противоположного типа проводимости, коллектор которого соединен с базой регулирующего транзистора, при этом база транзистора УПТ соединена с выходом делителя выходного напряжения выполненном на четвертом и пятом резисторах, подключенных к выходному выводу и общему выводу соответственно, а эмиттер соединен с катодом стабилитрона и через первый резистор - с общим выводом, пусковую RC-цепь состоящую из последовательно соединенных конденсатора и третьего резистора и подключенную параллельно регулирующему транзистору, кроме того, эмиттер транзистора защиты соединен с точкой соединения конденсатора и третьего резистора RC-цепи, коллектор - с общим входным выводом, база - с одним выводом второго резистора, другой вывод которого соединен с катодом диода, анод которого подключен к выходному выводу, введены второй стабилитрон однотипный первому, второй конденсатор, второй диод, причем второй стабилитрон включен встречно первому стабилитрону, анодом к аноду первого стабилитрона, а катодом к коллектору регулирующего транзистора, соединенного с анодом второго диода и одним из выходов второго конденсатора, другой выход которого подключен к общему выводу, катод второго диода подключен к к входному выводу.
Краткое описание чертежа
На фиг. представлена функциональная схема стабилизатора постоянного напряжения.
Осуществление полезной модели
Стабилизатор постоянного напряжения содержит общий вывод 1, выходной вывод 2, первый и второй стабилитроны 3 и 9, регулирующий транзистор 4, входной вывод 5, резисторы 6 и 7 делителя выходного напряжения (четвертый и пятый резисторы), первый, второй и третий резисторы 8, 12 и 13, усилитель постоянного тока (УПТ) на транзисторе 10, имеющий противоположный тип проводимости, первый и второй диоды 11, 17, первый и второй конденсаторы 14 и 16, транзистор 15 защиты.
Регулирующий транзистор 4, коллектором подключенный к выходному выводу 2, коллектор транзистора 10 соединен с базой регулирующего транзистора 4, при этом база транзистора 10 соединена с выходом делителя выходного напряжения выполненном на четвертом и пятом резисторах 6 и 7, подключенных к выходному выводу 2 и общему выводу 1 соответственно, а эмиттер соединен с катодом стабилитрона 9 и через первый резистор 8 - с общим выводом 1, пусковая ЯС-цепь состоит из последовательно соединенных конденсатора 14 и третьего резистора 13 и подключена параллельно регулирующему транзистору 4, эмиттер транзистора 15 защиты соединен с точкой соединения конденсатора 14 и третьего резистора 13 RC-цепи, коллектор - с общим входным выводом 1, база - с одним выводом второго 12 резистора, другой вывод которого соединен с катодом первого диода 11, анод которого подключен к выходному выводу 2, анод первого стабилитрона 9 соединен с анодом второго стабилитрона 3, катод которого подключен к коллектору регулирующего транзистора 4, соединенного с анодом второго диода 17 и одним из выходов второго конденсатора 16, другой выход которого подключен к общему выводу 1, катод второго диода 17 подключен к входному выводу 5.
Стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом.
При подаче напряжения на вход стабилизатора, одновременно с зарядом конденсатора 16, ток, проходящий через диод 17 конденсатор 14 и резистор 13, создает отпирающее напряжение на базе транзистора 10, что приводит к открыванию транзисторов 4 и 10. После достижения выходным напряжением своего номинального значения, стабилизатор переходит в рабочий режим.
В рабочем режиме ток коллектора транзистора 10 протекает через базу регулирующего транзистора 4, обеспечивая необходимый ток нагрузки. При коротком замыкании на выходе, на базу транзистора 10 подается отпирающее напряжение смещения, растет ток эмиттера транзистора 10 и уменьшается ток опорного стабилитрона 9. Когда ток стабилитрона 9 уменьшится до нуля, стабилитрон 9 закрывается и дальше увеличение тока эмиттера становится невозможным, транзисторы 4 и 10 закрываются, а напряжение на выходе уменьшается до нуля.
Одновременно анод диода 11 соединяется с общим выводом 1, вследствие этого транзистор 15 открывается, а конденсатор 14 при этом шунтируется эмиттер-коллекторным переходом и разряжается до напряжения, равного падению напряжения на переходе. Это обеспечивает быстрый разряд конденсатора 14, и он оказывается готовым к повторному пуску. После устранения короткого замыкания стабилизатор автоматически запускается в рабочий режим. Процесс запуска стабилизатора протекает так же, как при подаче входного напряжения.
Открытое состояние транзистора 15 исключает возможность включения стабилизатора при короткозамкнутой нагрузке.
При кратковременном «проседании» или пропадании питающего напряжения рабочий режим стабилизатора поддерживается током разряда конденсатора 16. Диод 17 предохраняет разряд конденсатора 16 через источник питания в случае «проседания» или пропадании питающего напряжения.
При длительном пропадании питающего напряжения, происходит разряд конденсатора 14, транзисторы 4 и 10 закрываются, стабилизатор оказывается готовым к повторному пуску. При подаче входного напряжения стабилизатор автоматически запускается в рабочий режим.
Таким образом, введение в схему прототипа конденсатора 16 и диода 17 обеспечивает сохранение работоспособности стабилизатора при кратковременном пропадании питающего напряжения, что существенно расширяет функциональные возможности предлагаемого стабилизатора постоянного напряжения.
В случае прототипа, приемлемая температурная стабильность выходного напряжения обеспечивается при использовании в качестве стабилитрона 9, стабилитрона с напряжением стабилизации близким к 6 В. Так как лишь в этом случае стабилитроны имеют температурный коэффициент напряжения стабилизации стремящийся к нулю (см. П. Хоровиц, У. Хилл. «Искусство схемотехники», М.: Мир, 1998 г., с.350). Соответственно, в силу критичности выбора величины сопротивления резистора 8, выходное напряжение стабилизатора может принимать значение лишь несколько превышающее 6 В (порядка в 1, 2 раза). При других напряжениях стабилизации, значительный температурный коэффициент напряжения стабилизации приводит к ограничению диапазона рабочих температур устройства.
Использование в качестве стабилитрона 9 лавинного стабилитрона, то есть стабилитрона с напряжением стабилизации более 6 В, характеризуемого положительным коэффициентом напряжения стабилизации (см. П. Хоровиц, У. Хилл. «Искусство схемотехники», М.: Мир, 1998 г., с. 351), и стабилитрона 3, однотипного стабилитрону 9, но включенного ему встречно (в прямом направлении), а значит характеризуемого отрицательным коэффициентом напряжения стабилизации (см. Китаев В.Е., Бокуняев А.А., Колканов М.Ф. «Электропитание устройств связи», М.: Связь, 1975 г., с. 184), обеспечивает взаимную компенсацию коэффициентов напряжения стабилизации стабилитронов 3, 9, а значит и расширение диапазона рабочих температур устройства, что существенно расширяет функциональные возможности предлагаемого стабилизатора постоянного напряжения.