стабилизатор постоянного напряжения

Формула изобретения

СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий включенный между входным и выходным выводами регулирующий транзистор, эмиттером - к входному выводу, операционный усилитель сигнала рассогласования, инвертирующий и неинвертирующий входы которого подключены соответственно к выходам двух делителей напряжения, одного состоящего из двух последовательно соединенных резисторов, другого - из последовательно соединенных резистора и стабилитрона, блокировочный конденсатор, вместе с указанными делителями напряжения включенный между выходным выводом и общей шиной, и управляющий транзистор, база которого соединена с выходом операционного усилителя сигнала рассогласования, а коллектор подключен к базе регулирующего транзистора, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента стабилизации и КПД, в него введены резистор смещения, включенный между эмиттером и базой регулирующего транзистора, и параллельная цепочка из стабилитрона и конденсатора, включенная между эмиттером управляющего транзистора и общей шиной.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в радиоэлектронных устройствах различного назначения, в частности в усилителях, генераторах, устройствах автоматики и другой аппаратуре, к которой предъявляются высокие требования к стабильности питающих напряжений.

Известен стабилизатор постоянного напряжения, содержащий последовательный регулирующий транзистор, охваченный положительной обратной связью со своего электроэмиттера в эмиттер вспомогательного транзистора, база которого соединена с базой регулирующего и с эмиттером управляющего транзисторов [1].

Наиболее близким техническим решением является стабилизатор постоянного напряжения, содержащий включенный между входным и выходным выводами регулирующий транзистор, эмиттером - к входному выводу, операционный усилитель сигнала рассогласования, инвертирующий и неинвертирующий входы которого подключены соответственно к выходам двух делителей напряжения, одного, состоящего из двух последовательно соединенных резисторов, другого из последовательно соединенных резистора и стабилитрона, блокировочный конденсатор, вместе с указанными делителями напряжения включенный между выходным выводом к общей шиной, и управляющий транзистор, база которого соединена с выходом операционного усилителя сигнала рассогласования, а коллектор подключен к базе регулирующего транзистора [2].

Известные стабилизаторы напряжения имеют такие значения коэффициентов стабилизации и КПД, которые в ряде случаев оказываются недостаточными для высокоточной аппаратуры с малым энергопотреблением. Это обусловлено главным образом конечным значением коэффициента передачи по петле обратной связи и наличием в схемах известных стабилизаторов различных дополнительных элементов.

Цель изобретения - повышение коэффициента стабилизации и КПД устройства.

Это достигается тем, что в стабилизатор постоянного напряжения, содержащий включенный между входным и выходным выводами регулирующий транзистор, эмиттером - к входному выводу, операционный усилитель сигнала рассогласования, инвертирующий и неинвертирующий входы которого подключены соответственно к выходам двух делителей напряжения, одного состоящего из двух последовательно соединенных резисторов, другого - из последовательно соединенных резистора и стабилитрона, блокировочный конденсатор, вместе с указанными делителями напряжения включенный между выходным выводом и общей шиной, и управляющий транзистор, база которого соединена с выходом операционного усилителя сигнала рассогласования, а коллектор подключен к базе регулирующего транзистора, введены резистор смещения, включенный между эмиттером и базой регулирующего транзистора и параллельная цепочка из стабилитрона и конденсатора, включенная между эмиттером управляющего транзистора и общей шиной.

На чертеже показана электрическая схема предлагаемого стабилизатора.

Стабилизатор содержит операционный усилитель (ОУ) 1 сигнала рассогласования, регулирующий транзистор 2 с резистором 3 смещения, управляющий транзистор 4 с цепочкой из параллельно соединенных конденсатора 5 и стабилитрона 6, включенной в цепь его эмиттера, два делителя напряжения, один - состоящий из резистора 7 и стабилитрона 8 и другой, состоящий из резисторов 9 и 10, подсоединенных к выходу устройства, а также блокировочный конденсатор 11 и нагрузку 12, подключенные параллельно делителям напряжения.

Стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом.

После подачи напряжения питания U_вх на вход стабилизатора через резистор 3 и управляющий транзистор 4 начинает протекать ток. При этом в начальный момент времени после включения устройства напряжение на выходе ОУ 1 весьма незначительно и определяется паспортным значением разбаланса ОУ и при наличии только одного стабилитрона 6 в эмиттере управляющего транзистора 4 оно могло бы оказаться недостаточным, чтобы открыть транзистор 4, что нарушило бы нормальную работу устройства.

Для избежания этого нежелательного явления параллельно стабилитрону 6 включен запускающий конденсатор 5, сопротивление которого в начальный момент времени близко к нулю и таким образом все выходное напряжение ОУ 1 оказывается приложенным к участку база-эмиттер управляющего транзистора 4 и он оказывается открытым. В свою очередь, возникшее на резисторе 3 напряжение смещения открывает регулирующий транзистор 2 и через последний начинает протекать коллекторный ток, что приводит к появлению напряжения на выходе стабилизатора U_вых, которое приложено к двум делителям напряжения на элементах 7-10. С выходов этих делителей напряжения разбаланса, отсчитываемое относительно опорного (эталонного) напряжения U_оп стабилитрона 8, подается на входы ОУ 1, что приводит к появлению на выходе ОУ 1 соответствующего управляющего напряжения. При этом выходное напряжение ОУ 1 перераспределяется между опорным напряжением стабилитрона 6 и напряжением база-эмиттер управляющего транзистора 4, что обеспечивает открытое состояние последнего в установившемся режиме работы стабилизатора. Ускоряющий конденсатор 5 заряжается до значения опорного напряжения стабилитрона 6 и в дальнейшем не оказывает влияния на работу устройства.

Предположим, что в процессе работы устройства значение входного напряжения U_вх, например, возрастает на некоторую величину. В этом случае возрастает и выходной ток регулирующего транзистора 2 (эффект Эрли) и соответственно падение напряжения на делителе на резисторах 9, 10, а следовательно, и на инвертирующем входе ОУ 1, в то время как на неинвертирующем входе ОУ 1 напряжение остается неизменным и равным опорному напряжению U_оп, снимаемому со стабилитрона 8. Возникший перепад напряжений на входах ОУ 1 усиливается и с отрицательным знаком поступает с выхода ОУ 1 на базу управляющего транзистора 4 (структуры n-p-n), что приводит к некоторому уменьшению его выходного тока, который протекает через резистор 3 смещения регулирующего транзистора 2. Уменьшение падения напряжения на резисторе 3 закрывает регулирующий транзистор 2, уменьшая его выходной ток, что приводит к уменьшению и выходного напряжения стабилизатора U_вых, стремящегося таким образом к прежнему, исходному значению. При уменьшении уровня входного напряжения U_вх описанные выше процессы протекают аналогично, но в противоположном направлении, вновь стабилизируя выходное напряжение устройства, так как в этом случае выходной ток управляющего транзистора 4 возрастает, увеличивая тем самым и выходной ток регулирующего транзистора 2 за счет возрастания падения напряжения на резисторе 3.

Устройство эффективно использовать в высоточной измерительно-усилительной аппаратуре с малым энергопотреблением.