КОМПЕНСАЦИОННЫЙ 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 компенсационный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий: 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 низкая надежность, в силу необходимости соблюдения определенного соотношения между токами регулирующего и запускающего транзисторов, 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 компенсационный стабилизатор постоянного напряжения (патент RU №2472203, МПК: G05F 1/10).
Компенсационный стабилизатор постоянного напряжения содержит: регулирующий транзистор структуры p-n-р, эмиттером и коллектором соединенный соответственно с входным и выходным выводами; дифференциальный усилитель на первом и втором транзисторах структуры n-p-n, соединенные эмиттеры которых через резистор дифференциального усилителя подключены к общей шине, при этом коллектор второго транзистора соединен с базой регулирующего транзистора, а коллектор первого транзистора - с выходным выводом, база второго транзистора подключена к точке соединения выводов пускового и ограничительного резисторов и катода опорного элемента, при этом другой вывод ограничительного резистора и анод опорного элемента подсоединены к выходной и общей шинам соответственно, другой вывод пускового резистора соединен с выводом конденсатора, другой вывод которого подключен к базе регулирующего транзистора, параллельно базо-эмиттернему переходу которого подключен диод анодом к базе, а катодом - к эмиттеру; делитель выходного напряжения, выход которого соединен с базой первого транзистора дифференциального усилителя.
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 компенсационный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий: регулирующий транзистор структуры p-n-р, эмиттером и коллектором соединенный соответственно с входным и выходным выводами; дифференциальный усилитель на первом и втором транзисторах структуры n-p-n, соединенные эмиттеры которых через резистор дифференциального усилителя подключены к общей шине, при этом коллектор второго транзистора соединен с базой регулирующего транзистора, а коллектор первого транзистора - с выходным выводом, база второго транзистора подключена через ограничительный резистор к выходному выводу; первый опорный элемент (стабилитрон), анод которого подключен к общей шине, а катод через последовательно соединенные пусковой резистор и конденсатор - к базе регулирующего транзистора, параллельно базо-эмиттернему переходу которого подключен диод анодом к базе, а катодом - к эмиттеру; делитель выходного напряжения, выход которого соединен с базой первого транзистора дифференциального усилителя, введен второй опорный элемент (стабилитрон) однотипный первому, причем второй опорный элемент (стабилитрон) включен встречно первому опорному элементу (стабилитрону), катодом - к катоду первого опорного элемента (стабилитрона), а анодом - к базе второго транзистора дифференциального усилителя.
Краткое описание чертежа
На фиг. представлена функциональная схема компенсационного стабилизатора постоянного напряжения.
Осуществление полезной модели
Компенсационный стабилизатор постоянного напряжения содержит регулирующий транзистор 1 структуры p-n-р, первый и второй резисторы 2 и 3 делителя выходного напряжения, первый и второй транзисторы 4 и 5 структуры n-p-n дифференциального усилителя, резистор 6 дифференциального усилителя, первый и второй опорные элементы (стабилитроны) 7 и 12, ограничительный резистор 8, конденсатор 9, диод 10, пусковой резистор 11, при этом эмиттер и коллектор регулирующего транзистора 1 соединены соответственно с входным и выходным выводами; соединенные эмиттеры транзисторов 4 и 5 подключены к общей шине через резистор 6, коллектор транзистора 5 подключен к базе регулирующего транзистора 1, коллектор транзистора 4 соединен с выходным выводом, база транзистора 4 соединена с выходом делителя выходного напряжения на резисторах 2 и 3, включенного параллельно выходным выводам стабилизатора, база транзистора 5 подключена через ограничительный резистор 8 к выходному выводу, а через последовательно соединенные второй и первый опорные элементы (стабилитроны) 12 и 7 - к общей шине, причем опорные элементы (стабилитроны) 12 и 7 включены встречно, катодом к катоду, а анодами, соответственно, к базе транзистора 5 и общей шине; пусковой резистор 11 одним выводом подключен к точке соединения катодов опорных элементов (стабилитронов) 12 и 7, а другим выводом через конденсатор 9 - к базе регулирующего транзистора 1, параллельно базо-эмиттернему переходу которого подключен диод 10 анодом к базе, а катодом - к эмиттеру.
Компенсационный стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом.
При подаче на вход стабилизатора входного напряжения происходит заряд конденсатора 9 через эмиттерный переход транзистора 1, пусковой резистор 11 и две параллельные ветви образованные опорным элементом (стабилитроном) 7 и последовательно соединенными опорным элементом (стабилитроном) 12, базо-эмиттерным переход транзистора 5 и резистором 6.
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, а также устраняется связь между входом и выходом стабилизатора.
Стабилизация выходного напряжения осуществляется при помощи дифференциального усилителя на транзисторах 4 и 5, воздействующего на регулирующий транзистор 1 таким образом, что выходное напряжения возвращается на установленный уровень с заданной точностью.
С момента достижения выходным напряжением номинального значения питание опорного элемента (стабилитрона) 7 осуществляется через ограничительный резистор 8 и включенный в прямом направлении опорный элемент (стабилитрон) 12 стабильным выходным напряжением, что позволяет стабилизировать ток, протекающий через опорный элемент (стабилитрон) 7. Это обеспечивает высокую стабильность выходного напряжения в широком диапазоне изменения входного напряжения и тока нагрузки.
После снятия входного напряжения конденсатор 9 через диод 10 и опорный элемент (стабилитрон) 7, которые в данный момент оказывается включенными в прямом направлении, подсоединяется к входным выводам стабилизатора и разряжается за счет работы самого стабилизатора. Это обеспечивает быстрый разряд конденсатора 9 и значительно уменьшает время подготовки стабилизатора для последующего включения.
В случае прототипа, приемлемая температурная стабильность выходного напряжения обеспечивается при использовании в качестве опорного элемента 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 превышающее 6 В. При других напряжениях стабилизации, значительный температурный коэффициент напряжения стабилизации приводит к ограничению диапазона рабочих температур устройства.
Использование в качестве опорного элемента 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 опорного элемента (стабилитрона) 12, 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 опорных элементов (стабилитронов) 7, 12, а значит и расширение диапазона рабочих температур устройства, что существенно расширяет функциональные возможности предлагаемого стабилизатора постоянного напряжения.