СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области радиоэлектронной техники и может быть использована при разработке и изготовлении различных вторичных источников электропитания, содержащих в качестве стабилизирующего устройства линейный аналоговый стабилизатор напряжения компенсационного типа с фиксированным значением выходного напряжения.
Уровень техники
Известен стабилизатор постоянного напряжения содержащий транзистор, коллектор которого является входом устройства, эмиттер является выходом устройства, база через первый резистор подключена к его коллектору и коллектору второго транзистора, эмиттер которого подключен через стабилитрон к общему проводу и через второй резистор к эмиттеру первого транзистора, база подключена к средней точке резисторного делителя напряжения, подключенного между эмиттером первого транзистора и общим проводом (У. Титце, К. Шенк. Полупроводниковая схемотехника. Под ред. А.Г. Алексенко, М., «Мир», 1982 г., стр. 257 рис. 16.5)
К недостаткам известного стабилизатора напряжения можно отнести его сложность и зависимость его параметров, а именно, коэффициента стабилизации и стабильности выходного напряжения от параметров коэффициента передачи резистивного делителя напряжения.
Недостатками данного устройства являются ограниченные функциональные возможности обусловленные:
зависимостью его параметров, а именно, коэффициента стабилизации и стабильности выходного напряжения от параметров коэффициента передачи резистивного делителя напряжения;
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 №2313819, МПК: G05F 1/56).
Стабилизатор постоянного напряжения содержит первый транзистор, база которого подключена через первый резистор к его коллектору, являющемуся входом устройства, и коллектору второго транзистора, эмиттер которого подключен через стабилитрон к общему проводу и через второй резистор к эмиттеру первого транзистора, а так же базе второго транзистора, являющейся выходом устройства.
Недостатком данного устройства являются 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 первый транзистор, база которого подключена через первый резистор к его коллектору, являющемуся входом устройства, и коллектору второго транзистора, эмиттер которого подключен к катоду первого стабилитрона и через второй резистор к эмиттеру первого транзистора, а так же базе второго транзистора, являющейся выходом устройства, введен второй стабилитрон, однотипный первому стабилитрону, причем второй стабилитрон включен встречно первому стабилитрону, анодом к аноду первого стабилитрона, а катодом к общему проводу.
Краткое описание чертежа
На фиг. представлена функциональная схема стабилизатора постоянного напряжения.
Осуществление полезной модели
Стабилизатор постоянного напряжения содержит первый транзистор 1, первый резистор 2, второй транзистор 3, второй резистор 4, однотипные стабилитроны 5 и 6.
База первого транзистора 1 подключена через первый резистор 2 к коллектору первого транзистора 1, являющемуся входом устройства, и коллектору второго транзистора 3, эмиттер которого через встречно включенные, анодом к аноду, однотипные стабилитроны 5 и 6 подключен к общему проводу, и через второй резистор 4 к эмиттеру первого транзистора 1, а так же базе второго транзистора 3, являющейся выходом устройства.
Стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом.
Постоянное входное напряжение подается относительно общего провода на коллектор первого транзистора 1, режим работы по постоянному току которого определяется величиной его базового тока, вытекающего из первого резистора 2 и разветвляющегося в базу первого транзистора 1 и коллектор второго транзистора 3, являющегося усилителем сигнала ошибки. Величина тока коллектора второго транзистора 3, «отбираемого» от тока базы первого транзистора 1, определяется разницей между опорным напряжением, формируемым стабилитронами 5, 6, включенным в эмиттерную цепь второго транзистора 3, и напряжением, подаваемым на его базу.
Таким образом, на выходе стабилизатора поддерживается постоянный уровень напряжения, определяемый равенством напряжений: с одной стороны, напряжения на базе второго транзистора 3, с другой стороны, напряжения стабилитрона 5 плюс напряжение прямосмещенных переходов стабилитрона 6 и база-эмиттер второго транзистора 3.
В случае уменьшения выходного напряжения стабилизатора по причине воздействия произвольного фактора уменьшается напряжение на базе второго транзистора 3. Так как величина напряжения опорного источника на стабилитроне 5 и величина напряжения прямосмещеннных переходов стабилитрона 6 и база-эмиттер второго транзистора 3, в известной степени, являются величиной постоянной, то уменьшение напряжения на базе транзистора 3 приводит к уменьшению его базового тока и обусловливает его подзапирание, т.е. уменьшение тока коллектора, что в свою очередь приводит к перераспределению тока, управляющего первым транзистором 1 (тока, протекающего через первый резистор 2), а именно увеличению части тока, втекающего в базу первого транзистора 1, и уменьшению части тока, втекающего в коллектор второго транзистора 3. Это приводит к большему отпиранию первого транзистора 1, т.е. уменьшению сопротивления участка коллектор-эмиттер, а это приводит к возрастанию потенциала эмиттера первого транзистора 1, т.е. увеличению выходного напряжения стабилизатора.
В случае увеличения выходного напряжения баланс равенства выше указанных напряжений вновь нарушается, но процесс в этом случае противоположен описанному и приводит к обратному изменению состояния первого транзистора 1, что обусловливает уменьшение напряжения на выходе стабилизатора. Таким образом, за счет организованной обратной связи на выходе поддерживается постоянная величина выходного напряжения.
В случае прототипа, приемлемая температурная стабильность выходного напряжения обеспечивается при использовании в качестве стабилитрона 5, 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 4, выходное напряжение стабилизатора может принимать значение незначительно отличающееся от 6 В. При других напряжениях стабилизации, значительный температурный коэффициент напряжения стабилизации приводит к ограничению диапазона рабочих температур устройства.
Использование в качестве стабилитрона 5 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 6, однотипного стабилитрону 5, 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 5, 6, а значит и расширение диапазона рабочих температур устройства, что существенно расширяет функциональные возможности предлагаемого стабилизатора постоянного напряжения.