КОМПЕНСАЦИОННЫЙ 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
Известный компенсационный стабилизатор постоянного напряжения содержит: регулирующий транзистор; первый и второй резисторы делителя выходного напряжения; первый и второй транзисторы дифференциального усилителя; резистор дифференциального усилителя; опорный элемент; ограничительный резистор опорного элемента; пусковой резистор; вспомогательный транзистор; токозадающий резистор (авт. свид. SU 1665354, МКИ: G05F 1/56).
Недостатками данного устройства являются ограниченные функциональные возможности обусловленные:
низкой стабильностью выходного напряжения при изменении в широком диапазоне входного напряжения;
низким к.п.д.;
необходимостью соблюдения определенного соотношения между токами регулирующего и запускающего транзисторов;
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 компенсационный стабилизатор постоянного напряжения (патент RU №2314558, МПК: G05F 1/56).
Компенсационный стабилизатор постоянного напряжения содержит: регулирующий транзистор, эмиттером и коллектором соединенный с соответственно входным и выходным выводами; дифференциальный усилитель, выполненный на двух транзисторах и резисторе, причем эмиттеры транзисторов подсоединены к общей шине через резистор, коллектор первого транзистора подключен к базе регулирующего транзистора, а коллектор второго транзистора соединен с выходным силовым выводом; делитель выходного напряжения, выполненный на двух резисторах, выход которого соединен с базой второго транзистора; опорный элемент (стабилитрон) включен между точкой соединения ограничительного резистора и базы первого транзистора и общей шиной; пусковую цепь, состоящую из последовательно соединенных конденсатора и диода, включенную параллельно эмиттерно-коллекторному переходу регулирующего транзистора; другой вывод ограничительного резистора подсоединен к точке соединения конденсатора и диода.
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 компенсационный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий: регулирующий транзистор, эмиттером и коллектором соединенный с соответственно входным и выходным выводами; дифференциальный усилитель, выполненный на двух транзисторах и резисторе, причем эмиттеры транзисторов подсоединены к общей шине через резистор, коллектор первого транзистора подключен к базе регулирующего транзистора, а коллектор второго транзистора соединен с выходным силовым выводом; делитель выходного напряжения, выполненный на двух резисторах, выход которого соединен с базой второго транзистора; первый стабилитрон, катод которого подключен к точке соединения базы первого транзистора и ограничительного резистора, другой вывод которого подключен к точке соединения конденсатора и диода; пусковую цепь, состоящую из последовательно соединенных конденсатора и диода, включенную параллельно эмиттерно-коллекторному переходу регулирующего транзистора, введен второй стабилитрон, однотипный первому стабилитрону, причем второй стабилитрон включен встречно первому стабилитрону, анодом к аноду первого стабилитрона, а катодом к общей шине.
Краткое описание чертежа
На фиг. представлена функциональная схема компенсационного стабилизатора постоянного напряжения.
Осуществление полезной модели
Компенсационный стабилизатор постоянного напряжения содержит: регулирующий транзистор 1; первый и второй резисторы 2, 3 делителя выходного напряжения; первый и второй транзисторы 4, 5 дифференциального усилителя; резистор 6 дифференциального усилителя; однотипные стабилитроны 7 и 11; ограничительный резистор 8 опорного стабилитрона; конденсатор 9; диод 10.
Регулирующий транзистор 1, эмиттером и коллектором соединен с соответственно входным и выходным выводами. На транзисторах 4, 5 и резисторе 6 выполнен дифференциальный усилитель, причем эмиттеры транзисторов 4, 5 подсоединены к общей шине через резистор 6, коллектор транзистора 5 подключен к базе регулирующего транзистора 1, а коллектор транзистора 4 соединен с выходным силовым выводом. На резисторах 2 и 3 выполнен делитель выходного напряжения, выход которого соединен с базой транзистора 4. Однотипные стабилитроны 7 и 11 включены встречно, при этом катод стабилитрона 11 подключен к общей шине, а катод стабилитрона 7 подключен к точке соединения базы транзистора 5 и ограничительного резистора 8, другой вывод которого подсоединен к точке соединения конденсатора 9 и диода 10. Последовательно соединенные конденсатор 9 и диод 10 образуют пусковую цепь включенную параллельно эмиттерно-коллекторному переходу регулирующего транзистора 1.
Компенсационный стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом.
При подаче на вход стабилизатора входного напряжения происходит заряд конденсатора 9 через ограничительный резистор 8, это создает условие для открывания транзистора 5 дифференциального усилителя, а затем и регулирующего транзистора 1, в результате на выходе стабилизатора появляется напряжение. Диод 10 исключает протекание тока заряда конденсатора 9 через делитель выходного напряжения и нагрузку, что повышает надежность запуска. При достижении выходным напряжением номинального значения стабилизатор переходит в режим с отрицательной обратной связью. После выхода на рабочий режим прохождение тока через конденсатор 9 прекращается и соответственно полностью исключается потребление мощности пусковой цепью.
Стабилизация выходного напряжения осуществляется при помощи дифференциального усилителя на транзисторах 4 и 5 (входными сигналами которого служат выходное напряжение делителя на резисторах 2, 3 и опорное напряжение стабилитронов 7, 11) воздействующего на регулирующий транзистор 1 таким образом, что выходное напряжение возвращается на установленный уровень с заданной точностью.
В случае прототипа, приемлемая температурная стабильность выходного напряжения обеспечивается при использовании в качестве стабилитрона 7, 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 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 7 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 11, однотипного стабилитрону 7, 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 7, 11, а значит и расширение диапазона рабочих температур устройства, что существенно расширяет функциональные возможности предлагаемого компенсационного стабилизатора постоянного напряжения.