СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при разработке и изготовлении вторичных источников электропитания, содержащих в качестве стабилизирующего устройства линейный аналоговый стабилизатор напряжения компенсационного типа с фиксированным значением выходного напряжения.
Известен стабилизатор напряжения (патент РФ №2313819 на изобретение от 24.05.2006 г.), выбранный в качестве аналога, содержащий первый транзистор, первый резистор, второй транзистор, второй резистор, стабилитрон. База первого транзистора подключена через первый резистор к его коллектору, который является входом устройства, и коллектору второго транзистора, эмиттер которого подключен через стабилитрон к общему проводу и через второй резистор к эмиттеру первого транзистора, база второго транзистора подключена к эмиттеру первого транзистора, являющемуся выходом устройства.
Недостатком такой конструкции является то, что величина силы тока через управляющий резистор 2 зависит от разницы входного и выходного напряжений, а ее избыток рассеивается в виде тепла на транзисторе 3, из-за чего данный стабилизатор имеет низкий КПД.
Известен стабилизатор напряжения (патент РФ №2488156 на изобретение от 24.05.2012 г.), выбранный в качестве прототипа, содержащий биполярный транзистор, коллектор которого является входом устройства, эмиттер является выходом устройства, база транзистора через фототранзистор подключена к его коллектору и через резистор подключена к его эмиттеру и аноду, оптически связанного с фототранзистором светодиода, катод которого через стабилитрон подключен к общему проводу.
Недостатком такой конструкции является то, что величина силы тока через управляющий фототранзистор зависит от коэффициента усиления по току регулирующего транзистора и может достигать значительной величины с соответствующей потерей мощности выделяемой в виде тепла на управляющем фототранзисторе.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение КПД, за счет снижения потерь на управление регулирующим транзистором.
Для достижения технического результата в стабилизаторе напряжения, в качестве регулирующего, используется полевой транзистор, сток которого через токоограничивающий резистор подключен к входу устройства. Исток транзистора подключен через резистор регулятора тока к выходу устройства. Затвор полевого транзистора подключен через управляющий резистор к входу устройства и через фототранзистор к выходу устройства. Проводимость фототранзистора увеличивается с увеличением светового потока светодиода, анод которого подключен к выходу устройства. Катод светодиода через стабилитрон подключен к общему проводу устройства. Полевой транзистор в отличие от биполярного управляется напряжением, а не током, поэтому использование полевого транзистора, в качестве регулятора напряжения, ведет к снижению потребления входного тока и повышению КПД стабилизатора.
Входной ток стабилизатора, являясь током коллектора биполярного транзистора, зависит от тока базы, который в соответствии с формулой 1:
к
где I - ток коллектора биполярного транзистора,
β - коэффициент усиления по току,
б
I - ток базы биполярного транзистора, может быть лишь в β раз меньше тока нагрузки стабилизатора и достигать значительных величин, что ведет к увеличению потребляемой стабилизатором мощности.
При применении полевого транзистора с изолированным затвором управление током стока, то есть входным током стабилизатора, происходит при изменении напряжения на затворе транзистора. В связи с незначительностью токов утечки через диэлектрик затвора мощность, необходимая для управления током стока в цепи затвора, оказывается ничтожно мала. Тем самым, обеспечивается снижение потерь мощности на управление стабилизатором.
На фиг. 1 показана схема электрическая принципиальная предлагаемого стабилизатора напряжения.
Устройство содержит:
1 - полевой транзистор;
2 - токоограничивающий резистор в цепи стока;
3 - резистор регулятора тока;
4 - управляющий резистор в цепи затвора;
5 - фототранзистор;
6 - светодиод, оптически связанный с фототранзистором;
7 - стабилитрон;
8 - биполярный транзистор.
Постоянное входное напряжение подается относительно общего провода через токоограничивающий резистор 2 на сток полевого транзистора 1, режим работы которого определяется напряжением на его затворе. Номинальное значение выходного напряжения стабилизатора задается параметрами стабилитрона 7 и прямым падением напряжения на светодиоде 6.
В случае увеличения выходного напряжения стабилизатора по причине воздействия произвольного фактора, увеличивается ток, протекающий через светодиод 6, в результате чего увеличивается проводимость фототранзистора 5. Это ведет к уменьшению напряжения затвор-исток полевого транзистора 1, т.е. к большему запиранию полевого транзистора 1, а именно к увеличению сопротивления участка сток-исток, что, в свою очередь, приводит к уменьшению выходного напряжения стабилизатора.
В случае уменьшения выходного напряжения от номинального, ток через светодиод 6 уменьшается или прекращается. Из-за этого уменьшается проводимость фототранзистора 5 и полевой транзистор 1 через управляющий резистор 4 отпирается. Уменьшается сопротивление сток-исток полевого транзистора 1, и, соответственно, увеличивается выходное напряжение стабилизатора.
В качестве ограничителя тока в устройстве используется биполярный транзистор 8, база которого соединена с истоком полевого транзистора 1, коллектор с затвором, а эмиттер подключен к выходу устройства. Между базой и эмиттером биполярного транзистора 8 подключен резистор регулятора тока 3.
Таким образом, КПД стабилизатора напряжения повышается за счет снижения потерь на управление регулирующим транзистором, в качестве которого используется полевой транзистор 1, сток которого через токоограничивающий резистор 2 подключен к входу устройства. Исток транзистора подключен через резистор регулятора тока 3 к выходу устройства. Затвор полевого транзистора подключен через управляющий резистор 4 к входу устройства и через фототранзистор 5 к выходу устройства. Проводимость фототранзистора увеличивается с увеличением светового потока светодиода 6, анод которого подключен к выходу устройства. Катод светодиода 6 через стабилитрон 7 подключен к общему проводу устройства. Биполярный транзистор 8 используется в качестве регулятора тока.