Компенсационный стабилизатор напряжения

 

Сущность: устройство относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника вторичного электропитания радиоаппаратуры. Техническим результатом изобретения является повышение коэффициента стабилизации. Устройство содержит первый транзистор, подключенный коллектором к шине питания, а эмиттером - к выходной клемме, первый резистор, подключенный первым выводом к выходной клемме, второй и третий резисторы, подключенные первыми выводами к общей шине, второй и третий транзисторы, подключенные эмиттерами ко второму выводу третьего резистора, а база третьего транзистора подключена к точке соединения вторых выводов первого и второго резисторов, четвертый и пятый транзисторы, подключенные эмиттерами к шине питания, а объединенными базами - к точке соединения коллекторов второго и четвертого транзисторов, источник опорного напряжения, включенный между базой второго транзистора и общей шиной, четвертый резистор, подключенный первым выводом к шине питания, шестой и седьмой транзисторы, подключенные эмиттерами к общей шине, а базами - к точке соединения коллектора седьмого транзистора со вторым выводом четвертого резистора, коллектор шестого транзистора подключен к точке соединения базы первого транзистора с коллекторами третьего и пятого транзисторов. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве источника вторичного электропитания радиоаппаратуры.

Известны компенсационные стабилизаторы напряжения (КСН), обладающие высоким коэффициентом стабилизации, но содержащие большое количество элементов и, следовательно, имеющие низкую надежность [1].

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является КСН, приведенный в [2]. На фиг. 1 показана упрощенная схеме прототипа, содержащая первый транзистор, подключенный коллектором к шине питания, а эмиттером - к выходной клемме, первый резистор, подключенный первым выводом к выходной клемме, второй, третий, пятый и шестой резисторы, подключенные первыми выводами к общей шине, второй и третий транзисторы, эмиттеры которых подключены ко второму выводу третьего резистора, а база третьего транзистора подключена к точке соединения вторых выводов первого и второго резисторов, четвертый и пятый транзисторы, подключенные эмиттерами к шине питания, а объединенными базами - к точке соединения коллекторов второго и четвертого транзисторов, источник опорного напряжения, включенный между базой второго транзистора и общей шиной, шестой транзистор, подключенный коллектором к точке соединения коллекторов третьего и пятого транзисторов с базой первого транзистора, эмиттер шестого транзистора подключен ко второму выводу шестого резистора, четвертый резистор, подключенный одним выводом к точке соединения базы шестого транзистора со вторым выводом пятого резистора, седьмой резистор, подключенный первым выводом к шине питания, стабилитрон, подключенный анодом к общей шине, седьмой транзистор, подключенный коллектором к шине питания, базой - к точке соединения второго вывода седьмого резистора с катодом стабилитрона, а эмиттером - ко второму выводу четвертого резистора.

Недостатком прототипа является низкий коэффициент стабилизации по входному напряжению.

Целью предлагаемого изобретения является повышение коэффициента стабилизации.

Для достижения поставленной цели в схему прототипа, содержащую первый транзистор, подключенный коллектором к шине питания, а эмиттером - к выходной клемме, первый резистор, подключенный первым выводом к выходной клемме, второй и третий резисторы, подключенные первыми выводами к общей шине, второй и третий транзисторы, эмиттеры которых подключены ко второму выводу третьего резистора, а база третьего транзистора подключена к точке соединения вторых выводов первого и второго резисторов, четвертый и пятый транзисторы, подключенные эмиттерами к шине питания, а объединенными базами - к точке соединения коллекторов второго и четвертого транзисторов, источник опорного напряжения, включенный между базой второго транзистора и общей шиной, шестой транзистор, подключенный коллектором к точке соединения базы первого транзистора с коллекторами третьего и пятого транзисторов, четвертый резистор, подключенный первым выводом к базе шестого транзистора, введен седьмой транзистор, подключенный эмиттером к общей шине, а объединенными базой и коллектором - к точке соединения базы шестого транзистора с первым выводом четвертого резистора, эмиттер шестого транзистора подключен к общей шине, второй вывод четвертого резистора подключен к шине питания.

Заявляемый КСН (фиг.2) содержит первый транзистор 1, подключенный коллектором к шине питания, а эмиттером - к выходной клемме, первый резистор 2, подключенный первым выводом к выходной клемме, второй резистор 3 и третий резистор 4, подключенные первыми выводами к общей шине, второй транзистор 5 и третий транзистор 6, подключенные эмиттерами ко второму выводу резистора 4, а база транзистора 6 подключена к точке соединения вторых выводов резисторов 2 и 3, четвертый транзистор 7 и пятый транзистор 8, подключенные эмиттерами к шине питания, а объединенными базами - к точке соединения коллекторов транзисторов 5 и 7, источник опорного напряжения 9, включенный между базой транзистора 5 и общей шиной, четвертый резистор 10, подключенный первым выводом к шине питания, шестой транзистор 11 и седьмой транзистор 12, подключенные эмиттерами к общей шине, а базами - к точке соединения коллектора транзистора 12 со вторым выводом резистора 10, коллектор транзистора 11 подключен к точке соединения коллекторов транзисторов 6 и 8 с базой транзистора 1.

Для схемы прототипа (фиг.1) коэффициент стабилизации K_ст1 (при идеальном источнике опорного напряжения) описывается известным выражением K_ст1=(1+T_u)/K_пр, где T_u - петлевое усиление; K_пр= R_экв/(R_кб+R_экв) - коэффициент прямой передачи; R_экв - сопротивление параллельно включенных дифференциального входного сопротивления транзистора 1 и дифференциального выходного сопротивления транзистора 6; R_кб - сопротивление параллельно включенных дифференциальных сопротивлений коллектор - база транзисторов 1 и 8.

Рассмотрим работу устройства (фиг.2).

Изменение напряжения шины питания на величину ΔU_вх ведет к изменению напряжения на базе транзистора 1 на величину ΔU_пр ΔU_пр= ΔU_вхK_пр, где K_пр=R_экв/(R_кб+R_экв) - коэффициент прямой передачи напряжения с шины питания на базу транзистора 1; R_экв - сопротивление параллельно включенных дифференциального входного сопротивления транзистора 1 и дифференциального выходного сопротивления транзистора 6; R_кб - сопротивление параллельно включенных сопротивлений коллектор - база транзисторов 1 и 8.

В то же время по компенсирующей цепи (резистор 10, транзисторы 12 и 11) на базу транзистора 1 поступает противоположное по знаку приращение напряжения U_к, определяемое выражением ΔU_к= ΔI_кR_кбR_экв/(R_кб+R_экв); где ΔI_к - приращение тока коллектора транзистора 11, равное где R₁₀ - сопротивление резистора 10; r_э - дифференциальное сопротивление эмиттера транзистора 12; β - коэффициент усиления тока базы транзисторов 11 и 12.

Результирующее изменение выходного напряжения ΔU_вых с учетом действия цепи обратной связи будет равно
ΔU_вых= (ΔU_пр-ΔU_к)K₁/(1+T_u),
где K₁≈ 1 - коэффициент передачи по напряжению эмиттерного повторителя на транзисторе 1;
T_u - петлевое усиление.

С учетом приведенных выражений коэффициент стабилизации заявляемого устройства K_ст2 будет равен

откуда следует условие выбора параметров компенсирующей цепи, при выполнении которого коэффициент стабилизации обращается в бесконечность
R_кб= (R₁₀+r_э)(β+2)/β.
Для достижения заявленного технического результата - повышения коэффициента стабилизации - достаточно приближенного выполнения полученного условия. Обычно практически всегда выполняются неравенства R_кб≥ r_э и β ≥ 1, поэтому коэффициент стабилизации заявляемого устройства оказывается в десятки раз выше, чем в схеме прототипа при R₁₀≥R_кб.

Формула изобретения

Компенсационный стабилизатор напряжения, содержащий первый транзистор, подключенный коллектором к шине питания, а эмиттером - к выходной клемме, первый резистор, подключенный первым выводом к выходной клемме, второй и третий резисторы, подключенные первыми выводами к общей шине, второй и третий транзисторы, подключенные эмиттерами к второму выводу третьего резистора, а база третьего транзистора подключена к точке соединения вторых выводов первого и второго резисторов, четвертый и пятый транзисторы, подключенные эмиттерами к шине питания, а объединенными базами - к точке соединения коллекторов второго и четвертого транзисторов, источник опорного напряжения, включенный между базой второго транзистора и общей шиной, шестой транзистор, подключенный коллектором к точке соединения базы первого транзистора с коллекторами третьего и пятого транзисторов, четвертый резистор, подключенный первым выводом к базе шестого транзистора, седьмой транзистор, отличающийся тем, что эмиттеры шестого и седьмого транзисторов подключены к общей шине, второй вывод четвертого резистора подключен к шине питания, база и коллектор седьмого транзистора подключены к базе шестого транзистора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2