СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры.
Уровень техники
Известен стабилизатор постоянного напряжения, содержащий: регулирующий транзистор; усилительный транзистор, транзистор защиты, первый и второй стабилитроны, первый и второй диоды; конденсатор; два резистора делителя выходного напряжения; резистор опорного делителя; балластный резистор; резистор связи, токозадающий резистор; нагрузку (авт. свид. SU 1272325, МКИ: G05F 1/569)
Недостатками данного устройства являются большое количество элементов, выполняющих только функции запуска, что приводит как к дополнительным затратам времени, так и к снижению надежности устройства, 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 №2463639, МПК: G05F 1/569).
Стабилизатор постоянного напряжения содержит: регулирующий транзистор, подключенный эмиттером к входному, а коллектором - к выходному выводам; усилительный транзистор противоположного типа проводимости, коллектор которого соединен с базой регулирующего транзистора, база - с выходом делителя выходного напряжения выполненном на первом и втором резисторах, эмиттер через стабилитрон делителя опорного напряжения соединен с выходным выводом, а через резистор делителя опорного напряжения - с общим выводом, причем делитель выходного напряжения, делитель опорного напряжения и нагрузка подключены параллельно выходным выводам; пусковой узел, состоящий из стабилитрона, резистора, диода и конденсатора, при этом катод стабилитрона пускового узла подключен к входному выводу стабилизатора, а анод стабилитрона соединен с первым выводом резистора пускового узла, другой вывод которого соединен с анодом диода пускового узла, катодом подключенным к выходному выводу, а точка соединения резистора и диода через конденсатор диода пускового узла подключена к базе усилительного транзистора.
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 диапазона рабочих температур устройства и расширению диапазона выходных напряжений.
Технический результат достигается тем, что в стабилизатор постоянного напряжения, содержащий: регулирующий транзистор, подключенный эмиттером к входному, а коллектором - к выходному выводам; усилительный транзистор противоположного типа проводимости, коллектор которого соединен с базой регулирующего транзистора, база - с выходом делителя выходного напряжения выполненном на первом и втором резисторах, а эмиттер - с анодом первого стабилитрона и первым выводом резистора делителя опорного напряжения, второй вывод которого соединен с общим выводом, причем делитель выходного напряжения, делитель опорного напряжения и нагрузка подключены параллельно выходным выводам; пусковой узел, состоящий из стабилитрона, резистора, диода и конденсатора, при этом катод стабилитрона пускового узла подключен к входному выводу стабилизатора, а анод стабилитрона соединен с первым выводом резистора пускового узла, другой вывод которого соединен с анодом диода пускового узла, катодом подключенным к выходному выводу, а точка соединения резистора и диода через конденсатор пускового узла подключена к базе усилительного транзистора, введен второй стабилитрон делителя опорного напряжения однотипный первому, причем второй стабилитрон включен встречно первому стабилитрону, катодом к катоду первого стабилитрона, а анодом к выходному выводу.
Краткое описание чертежа
На фиг. представлена функциональная схема стабилизатора постоянного напряжения.
Осуществление полезной модели
Стабилизатор постоянного напряжения содержит регулирующий транзистор 1, усилительный транзистор 2 противоположного типа проводимости, резисторы 3 и 4 делителя выходного напряжения, однотипные стабилитроны 5 и 12, и резистор 6 делителя опорного напряжения, стабилитрон 7, диод 8, конденсатор 9 и резистор 10 пускового узла, нагрузку 11.
Регулирующий транзистор 1 подключен эмиттером к входному, коллектором - к выходному выводам, а базой к коллектору усилительного транзистора 2, база которого соединена с выходом делителя выходного напряжения на резисторах 3 и 4, эмиттер транзистора 2 через встречно включенные однотипные стабилитроны 5 и 12 делителя опорного напряжения соединен с выходным выводом, а через резистор делителя опорного напряжения 6 - с общим выводом, причем делитель выходного напряжения, делитель опорного напряжения и нагрузка 11 подключены параллельно выходным выводам, катод стабилитрона 7 подключен к входному выводу стабилизатора, анод стабилитрона 7 соединен с первым выводом резистора 10, другой вывод которого соединен с анодом диода 8, катодом подключенным к выходному выводу, а точка соединения резистора 10 и диода 8 через конденсатор 9 подключена к базе усилительного транзистора 2.
Стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом.
При подаче напряжения на вход стабилизатора в первый момент регулирующий транзистор 1 закрыт, и все напряжение прикладывается к участку коллектор-эмиттер транзистора 1. Это приводит к пробою стабилитрона 7. При этом часть пускового тока протекает через диод 8 и нагрузку 11, другая часть тока протекает через конденсатор 9, в базу усилительного транзистора 2, это создает условия для открывания транзистора 2, а затем и транзистора 1 в связи с появлением тока в его базовой цепи, это вызывает нарастание выходного напряжения стабилизатора. При достижении выходным напряжением значения, определяемого делителем выходного напряжения, выполненного на резисторах 3 и 4, транзисторы 1 и 2 входят в режим стабилизации выходного напряжения и его рост прекращается. При этом регулирующий транзистор 1 своим эмиттерно-коллекторным переходом шунтирует цепь запуска (стабилитрон 7, резистор 10 и диод 8), а так как при открытом транзисторе 1 напряжение на эмиттерно-коллекторном переходе недостаточно для пробоя стабилитрона 7, то стабилитрон 7 закрывается, а диод 8 подпирается выходным напряжением стабилизатора, и цепь протекания тока разрывается. Поэтому в нормальном режиме работы стабилитрон 7 заперт, и пусковой узел не оказывает влияния на работу стабилизатора. Стабилитрон 7 должен быть выбран с напряжением пробоя несколько большим, чем предельно возможное в эксплуатации падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора 1, тогда он будет заперт и цепь протекания тока будет разорвана.
При коротком замыкании на выходе стабилизатора и срабатывании токовой самозащиты транзисторы 1 и 2 закрываются, выходное напряжение уменьшается до нуля, а катод диода 8 соединяется с общим выводом, при этом пусковая цепь (стабилитрон 7, резистор 10 и диод 8) оказывается подключенной к входу стабилизатора, что приводит к пробою стабилитрона 7, так как входное напряжение больше напряжения пробоя стабилитрона 7 и в пусковой цепи протекает ток, а конденсатор 9 при этом шунтируется диодом 8 и разряжается до напряжения, равного прямому падению напряжения на диоде 8. Это обеспечивает быстрый разряд конденсатора 9, и он оказывается готовым к повторному пуску. Конденсатор 9 обеспечивает необходимый для надежного запуска стабилизатора ток базы усилительного транзистора 2.
После устранения короткого замыкания на выходе стабилизатора диод 8 возвращается в свое первоначальное состояние, и стабилизатор автоматически запускается, как и при подаче входного 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 6, выходное напряжение стабилизатора может принимать значение незначительно превышающее 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 12, 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, 12, а значит и расширение диапазона рабочих температур устройства.