Стабилизатор постоянного напряжения

 

Использование: в источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Технический результат заключается в снижении тока потребления стабилизатора. Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий первый и второй транзисторы, источник тока, первым выводом подключенный к общей шине, а вторым - к точке соединения эмиттеров первого и второго транзисторов, делитель напряжения, включенный между выходом стабилизатора и общей шиной, выход которого подключен к базе второго транзистора, повторитель тока, вход которого подключен к коллектору второго транзистора, а выход подключен к коллектору первого транзистора, база первого транзистора подключена к источнику опорного напряжения, третий транзистор базой подключен к точке соединения выхода повторителя тока и коллектора первого транзистора, четвертый транзистор, база которого подключена к эмиттеру третьего транзистора, а эмиттер соединен с выходом стабилизатора, дополнительно содержит первый и второй диоды, пятый транзистор и усилитель напряжения, причем коллектор пятого транзистора подключен к точке соединения второго вывода источника тока и эмиттеров первого и второго транзисторов, эмиттер пятого транзистора подключен к общей шине, а его база подключена к выходу усилителя напряжения, первый диод катодом подключен к коллектору третьего транзистора, а анодом - ко входу стабилизатора, второй диод катодом подключен к коллектору четвертого транзистора, а анодом - ко входу устройства, инвертирующий вход усилителя напряжения подключен к точке соединения коллектора четвертого транзистора и катода второго диода, а неинвертирующий - к точке соединения коллектора третьего транзистора и катода первого диода. 2 ил.

Устройство относится к области электротехники и может быть использовано в источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является стабилизатор, приведенный в /1/. На фиг.1 показана схема прототипа, содержащая первый и второй транзисторы, регулирующий элемент, включенный между входом и выходом устройства, источник тока, первым выводом подключенный к общей шине, а вторым - к точке соединения эмиттеров первого и второго транзисторов, делитель напряжения включенный между выходом устройства и общей шиной, выход которого подключен к базе второго транзистора, повторитель тока, вход которого подключен к коллектору второго транзистора, а выход подключен к управляющему выводу регулирующего элемента и к коллектору первого транзистора, база первого транзистора подключена к источнику опорного напряжения.

Недостатком прототипа является сравнительно большой ток потребления.

Целью предлагаемого изобретения является снижение тока потребления устройства.

Для достижения указанной цели в стабилизатор постоянного напряжения, содержащий первый и второй транзисторы, источник тока, первым выводом подключенный к общей шине, а вторым - к точке соединения эмиттеров первого и второго транзисторов, делитель напряжения включенный между выходом устройства и общей шиной, выход которого подключен к базе второго транзистора, повторитель тока, вход которого подключен к коллектору второго транзистора, а выход подключен к коллектору первого транзистора, база первого транзистора подключена к источнику опорного напряжения, третий транзистор базой подключен к точке соединения выхода повторителя тока и коллектора первого транзистора, четвертый транзистор, база которого подключена к эмиттеру третьего транзистора, а эмиттер соединен с выходом устройства, введены первый и второй диоды, пятый транзистор и усилитель напряжения, причем коллектор пятого транзистора подключен к точке соединения второго вывода источника тока и эмиттеров первого и второго транзисторов, эмиттер пятого транзистора подключен к общей шине, а его база подключена к выходу усилителя напряжения, первый диод катодом подключен к коллектору третьего транзистора, а анодом ко входу устройства, второй диод катодом подключен к коллектору четвертого транзистора, а анодом - ко входу устройства, инвертирующий вход усилителя напряжения подключен к точке соединения коллектора четвертого транзистора и катода второго диода, а неинвертирующий - к точке соединения коллектора третьего транзистора и катода первого диода.

Заявляемый стабилизатор постоянного напряжения (фиг.2) содержит первый транзистор 1, к базе которого подключен источник опорного напряжения, второй транзистор 2, эмиттер которого соединен с эмиттером транзистора 1, третий транзистор 8, базой подключенный к коллектору транзистора 1, четвертый транзистор 3, эмиттер которого подключен к выходу устройства, а база - к эмиттеру транзистора 8, повторитель тока 5, вход которого соединен с коллектором транзистора 2, а выход подключен к точке соединения коллектора транзистора 1 и базы транзистора 8, источник тока 4, первым выводом подключенный к точке соединения эмиттеров транзисторов 1 и 2, а вторым - к общей шине, делитель напряжения, состоящий из резисторов 6 и 7, включенный между выходом устройства и общей шиной, выход которого подключен к базе транзистора 2, первый диод 9, анодом соединенный со входом устройства, а катодом подключенный к коллектору транзистора 8, второй диод 10, анодом соединенный со входом устройства, а катодом подключенный к коллектору 3, усилитель напряжения 11, неинвертирующий вход которого подключен к токе соединения коллектора транзистора 8 и катодом диода 9, инвертирующий вход - к точке соединения входа регулирующего элемента 3 и катодом диода 10, пятый транзистор 12, эмиттер которого подключен к общей шине, коллектор - к точке соединения эмиттеров транзисторов 1 и 2 и первого вывода источника тока 6, а база соединена с выходом усилителя напряжения 11.

Заявляемый стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом.

Предположим, что вследствие увеличения тока нагрузки выходное напряжение снизилось, тогда транзистор 2 призакроется, а транзистор 1 приоткроется, в результате в базу транзистора 8 потечет больший ток, который усилит возникшее приращение и передаст его на базу транзистора 3. Ток эмиттера транзистора 3 увеличится и компенсирует возникшее возмущение в цепи нагрузки.

В схеме прототипа ток потребления при нулевом токе нагрузки можно найти по формуле: I_пот= I₀+I_д, (1) где I_д - ток, протекающий через делитель напряжения; I₀ - ток источника тока 4.

Током делителя обычно можно пренебречь, поэтому определяющим является ток источника тока 4, который выбирается исходя из условия обеспечения работоспособности схемы при максимальном токе нагрузки и может быть определен по формуле: где I_{н. max} -максимальный ток нагрузки; β_РЭ1.min - минимальный коэффициент усиления тока в схеме с общим эмиттером оконечного транзистора регулирующего элемента; β_РЭ2 - коэффициент усиления тока в схеме с общим эмиттером другого транзистора регулирующего элемента; К_повт - коэффициент передачи повторителя тока 5; α₂ - коэффициент передачи тока второго транзистора в схеме с общей базой.

Для мощных транзисторов коэффициент усиления тока в схеме с общим эмиттером (β) изменяется в десятки, а иногда и сотни раз при изменении тока эмиттера и напряжения коллектор - эмиттер, кроме того, β зависит и от температуры, тогда для обеспечения работоспособности схемы необходимо выбирать ток источника тока 4, исходя из минимального β оконечного транзистора регулирующего элемента при максимальном токе нагрузки, как показано в выражении (2).

Для заявляемой схемы
I_пот=I₀+I_д+I_К12, (3)
где I_К12 - ток коллектора транзистора 12.

Как и для прототипа, током делителя в заявляемой схеме можно пренебречь. Оставшаяся сумма токов источника тока 4 и коллектора транзистора 12 определяется из следующего выражения:

где β_i - коэффициент передачи тока для i-го транзистора в схеме с общим эмиттером.

Ток коллектора транзистора 12 можно найти по следующей формуле:

где 1_S12 - тепловой ток насыщения транзистора 12;
К_U - коэффициент усиления по напряжению усилителя 11.

Подставив выражение 5 в 4 и преобразовав, получим:

Как и для прототипа, ток источника тока 4 выбирается исходя из обеспечения работоспособности схемы при максимальном токе нагрузки.

В заявляемой схеме при уменьшении β₃ увеличивается ток коллектора транзистора 8, в результате разность между падением напряжения на диоде 10 и 9 уменьшается, полученное приращение передается с усилением через усилитель напряжения 11 на базу транзистора 12, в результате ток коллектора транзистора 12 увеличивается. Приращение тока передается на базу транзистора 8, обеспечивая необходимый ток базы транзистора 3. Таким образом, в заявляемой схеме ток источника тока 4 выбирается исходя из максимального значения β₃:

Исходя из выше сказанного, ток потребления для заявляемого устройства можно найти из следующего выражения:

При максимальном β₃ выражение 8 примет вид:

Из выражения 1 и 2, для прототипа ток потребления находится из формулы:

Из сравнения выражений 9 и 10 видно, что при максимальном коэффициенте передачи тока оконечного транзистора регулирующего элемента при прочих равных условиях ток потребления меньше у заявляемой схемы.

Таким образом, цель предлагаемого изобретения достигнута и преимущество предлагаемого стабилизатора постоянного напряжения перед прототипом состоит в меньшем токе потребления.

Литература
1. National Semiconductors Data Book 1984, p.243, F 145.

Формула изобретения

Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий первый и второй транзисторы, источник тока, первым выводом подключенный к общей шине, а вторым - к точке соединения эмиттеров первого и второго транзисторов, делитель напряжения, включенный между выходом стабилизатора и общей шиной, выход которого подключен к базе второго транзистора, повторитель тока, вход которого подключен к коллектору второго транзистора, а выход подключен к коллектору первого транзистора, база первого транзистора подключена к источнику опорного напряжения, третий транзистор базой подключен к точке соединения выхода повторителя тока и коллектора первого транзистора, четвертый транзистор, база которого подключена к эмиттеру третьего транзистора, а эмиттер соединен с выходом стабилизатора, отличающийся тем, что в стабилизатор введены первый и второй диоды, пятый транзистор и усилитель напряжения, причем коллектор пятого транзистора подключен к точке соединения второго вывода источника тока и эмиттеров первого и второго транзисторов, эмиттер пятого транзистора подключен к общей шине, а его база подключена к выходу усилителя напряжения, первый диод катодом подключен к коллектору третьего транзистора, а анодом - ко входу устройства, второй диод катодом подключен к коллектору четвертого транзистора, а анодом - ко входу устройства, инвертирующий вход усилителя напряжения подключен к точке соединения коллектора четвертого транзистора и катода второго диода, а неинвертирующий - к точке соединения коллектора третьего транзистора и катода первого диода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2