Стабилизатор постоянного напряжения

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

О П И С А Н И Е (и) 4ззвов

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Зависимое от авт. свидетельства 338976 (22) Заявлено 25.09.72(21) 1830463/24 7

1 с присоединением заявки № (51) M. Кл.

Н 02тп3/14

С О5 1/56

Государственный комитет

Совета й1инистров СССР по делам иэаоретений и открытий (32) ПриоритетОпубликовано 2506.74Бюллетень № 23

Дата опубликования описания О9 04 75 (53) УДК621,316. .722. 1(088.8) (72) Автор изобретения

В. М. Бастынец (71) Заявитель и-; т -йг:тт 4

3 ° ° Е 121- В (54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и радиотехнике, а именно к устройствам для стабилизации постоянного напряжения.

В основном авт. св. № 338976 описан стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий элемент, основной, вспомогательный и опорный источники нап-. ряжения, а также выходной делитель, который выполнен с дополнительным транзистором, эмиттер которого через переменный 10 резистор, а база через постоянный подключены соответственно к базе и эмиттеру выходного транзистора регулирующего элемен та, при этом коллектор дополнительного транзистора, вспомогательный и опорный 15 источники напряжения связаны с одним из выходных зажимов через резистор, а основной источник, эмиттерный резистор регули- рующего элемента и делитель связаны с этим же зажимом непосредственно. 20

Известный стабилизатор имеет очень малое выходное сопротивление, т. е. обладает высокой степенью стабилизации выходного напряжения. 25

Однако с повышением точности отработки стабилизатором внешних дестабилизирующих факторов становится заметной неста бильность, обусловленная самой схемой стабилизатора, т, е. такими факторами, как непостоянство опорного напряжения, неравномерность потока носителей в транзисторах, тепловая нестабильность параметров и пр. Суммарно это проявляется в виде низкочастотных флюктуаций выходного напряжения.

Целью изобретения является повыщение т,очности стабилизации напряжения.

Для этого стабилизатор снабжен балансным усилителем, подключенным одним входом параллельно выходным зажимам, стабильным источником питания, подключенным к другому входу балансного усилителя, симметричным триггером, вспомогательным транзистором и двумя двухканальными индикаторами разбаланса, один из которых подключен первым входом к первому выходу балансного усилителя непосредственно, вторым — к второму выходу усилителя через стрелочный индикатор разбаланса, а

4336Q6 выходными к налами через резисторы b. тока 1 6, например фотоэлектрического входам симметричного триггера, параллель-- па, один вхоД которого подключен K Bbtxo.:1но выходу которого подключены входы вто- ным зажимам 2, 6 а другой вход — к стаг рого индикатора разбаланса, первый вЬ|ход- бильному источнику 17, стрелочныи индиной канал которого через резистори один из g катор разбаланса 18, подключенныи к выконтактов сдвоенного выключателй подклю- ходу усилителя 16 последовательно с двухчен к входу источника опорного напряжения, канальным транзисторным индикатором а BTQPOH чеРез Peamc oP 3 разбаланса 19, который своими выходными к базе вспомогательного транзистора, которая через другой каналами 20 и 21 через ограничительные резистор соединена с общей шиной и с эмит- 10 резисторы 22 и 23 присоединен к входам тером этого же транзистора, а его коллек- .симметричного триггера 24., аналогичный тор через второй контакт выключателя сое- .индикатору 19 двухканальный индикатор динен с эмиттером дополнительного тран- .разбаланса 25, включенный между коллекзистопа торными резисторами триггера 24 и присоединенный одним выходным каналом 26 па чертеже приведена схема стаоилиза-, через ограничительный резистор 27 и один тора. из контактов сдвоенного выключателя 28

Стабилизатор постоянного напряжения со- к точке соединения резистора 11 с источдержит основной источник питания 1, первый ником опорного напряжения 8, вспомогательиз полюсов которого соединен с выходным ный резистор 29, присоединенный эмиттером зажимом 2, регулируюший элемент 3 в ви- к шине зажима 2, коллектором через второй де составного транзистора, состояшего из контакт выключателя 28 - к эмиттеру тран I двух (или более) транзисторов 4, 5, соеди- зистора 13, а базой через ограничительный ненных между собой обычным образом (кол- резистор 30 к второму выходному каналу лектор с коллектором, эмиттер с-базой), и 31 индикатора 25,, резистор 32,включен-, цричем коллектор выходного транзистора 4 ный между базой и эмиттером транзистосоединен с втоРым полюсом источника 1, ра 29

1 а эмиттер — с выходным зажимом 6, вспо- Стабилизатор работает следуюшим обра-! могательный источник питания 7, первый зом из полюсов которого соединен с первым од ЗО Когда выключатель 28 разомкнут, на

/ ( поименным полюсом источника опорного нап- зажимах 2, 6 устанавливается выходное ряжения 8, а второй — с узлом выделения напряжение, величина которого обусловлена сигнала рассогласования 9, который одним опорным напряжением стабилизатора, котоиз входов присоединен к второму полюсу рое вырабатывается источником 8, и соотисточника опорного напряжения 8, выходной ношением плеч делителя 10. ,дедитель напряжения 10, включенный между Уменьшение по сравнению с обычными выходными зажимами 2, 6 и присоединен- компенс-ционными стабилизаторами завиный своим выходом к второму входу узла 9, симости выходного напряжения от входного выход которого соединен с базой транзисто- и от тока нагрузки, т. е. повышение стабильра 5, являюшегося.входным транзистором ности, обеспечивается введением последова40 регулирующего элемента 3, резистор 11,, тельно с источником опорного напряжения 8 ,1 включенный между точкой соединения источ- источника с напряжением, пропорциональным ника 1 с зажимом 2 и с делителем 10 |сигналу рассогласования, которое образуети точкой соединения источника 7 с источ-,,ice на резисторе 1 1 за счет коллекторного 45 ником 8, эмиттерный резистор 12, включен-„: тока транзистора 13. ный между точкой соединения эмиттера Однако при повышении точности стабилитранзистора 5 с базой транзистора 4 и точ-, зации по входному напряжению и току нагкой соединения источника 1 с зажимом 21 рузки становятся заметными такие дестаделителем 10 и резистором 11, доиолнителы билизирующие факторы, как непостоянство ный транзистор 13 (обратной проводимости опорного напряжения, флюктуация потока 50 относительно проводимости транзисторов - носителей в транзисторах, тепловое измене 4, 5), присоединенный коллектоРом к ние параметров и np., что проявляется в точке соединения источника 7 с >ecTo<- i виде низкочастотных флюктуаций выходноником опорного напряжения 8 и с резисто-; ro напряжения, размах которых может дором 1 ) эмиттером через переменный стигатb десятков микровольт. резистор .15 — к э миттеру транзистора, В описываемом стабилизаторе осушеств4, балансный усилитель постоянного ляется непрерывная знакопеременная гисте433606 резисная подстройка выходного напряжения, по источнику 17, в качестве которого может использоваться химический источник .э. д. с. с малой флюктуацией. Происходит это следующим образом. Балансный усили»".;

1 тель 16 при помощи органов его управления уравновешивают при максимальной его

:чувствительности на отсутствие выходного сигнала по стрелочному индикатору разбаш .ланса 18. Колебания стрелки индикатора, относительно нулевой отметки характеризуют собой флюктуацию выходного напряжения стабилизатора по отношению к напряжению источника 17. После уравновешивания усилителя 16 выключатель 28 замыкают, и устройство начинает работать автоматически.

Предположим, что выходное напряжение стабилй затора флюктуационно понижается.

Вследствие этого происходит отрицательный . разбаланс усилителя 16 и в его выходной цепи появляется ток, протекающий через индикаторы разбаланса 19 и 18, например, как показано на чертеже, справо налево.

При этом в одной из коллекторно- эмиттер-., ных цепей индикатора 19, т. е. в его канале 21, также появляется ток, но значительно усиленный по сравнению с вы-! ходным током разбаланса усилителя 16.

Ток канала 21, протекая через ограни чительный резистор 23 и входную (базовую) цепь левой (по чертежу) половины триггера !

24, опрокидывает его так, что проводящей окаэьрается его левая половина.

В результате резкого изменения напря» жений на коллекторных резисторах триггера 24 происходит резкое изменение проводимостей выходных каналов индикатора 25, т. е. канал 31 закрывается, а канал 26 ;открывается. Возникающий в канале 26 ток, который опреДеляется резистором 27; вы,—, зывает скачкообразное увеличение напря:жения на резисторе 11, которое суммирует :ся с опорным напряженйем стабилизатора, I вырабатываемым источником 8.

Хотя суммарное опорное напряжение возрастает скачком, выходное напряжение стабилизатора возрастает несколько медленнее (по экспоненте) вследствие имеющегося обычно на выходе стабилизатора конденса:тора фильтра большой емкости, Когда по мере заряда конденсатора и увеличения выходного напряжения равновесие балансного усилителя 16 восстановится, ток в канале 21 индикатора 19 прекращается, однако выходное напряжение продолжает расти, так как состояние триггера

24 остается неизменным. Вследствие это.; го возникает положительный разбаланс уси. лителя 16, в индикаторе 19 начинает прово дить канал 20, при увеличении тока в кана;5 ле 20 до некоторого порогового значения ,5t

\ триггер 24 опрокидывается и происходит смена проводимостей каналов 26, 31 индикатора разбаланса 25.

Током канала 31, который определяется, резистором 30, открывается вспомогательный транзистор 20 и коллекторным током, I протекающим через резистор 14 и переход эмиттер — коллектор транзистора 5, подзапирает дополнительный транзистор 13. Вс:15— дедствие этого его коллекторный ток и напряжение на резисторе 11 уменьшается, т. е. уменьшается суммарное опорное напряжение стабилизатора.

Выходное напряжение начинает понижаться в сторону отрицательного разбаланса. По достижении порогового значения отрицательного разбаланса гистерезисный цикл повто1 ряется. Таким образом выходное напряжение стабилизатора становится пульсирую! шим по экспонентам симметрично (знакопеременно) относительно постоянной составляющей, соответствующей равновесному со-! стоянию балансного усилителя 16. Размах

1, З, пульсаций, остающийся в процессе работы

30 ,стабилизатора практически неизменным,тем меньше, чем выше пороговая чувствительI

:; ность триггера 24 и чувств ительность к ! разбалансу усилителя 16 и ин икатора 19, Частота пульсаций выходного напряжения тем выше, чем больше чувствительность усилителя 16, индикато .а 19 и триггера 24 и .чем меньше постоянная времени стабилизатора, в частности емкость на его выходе.

40 Если напряжение стабилизатора идеально стабильно, то частота пульсаций неизменная, Непостоянство выходного напряжения по причине каких-либо факторов преобразуется в непостоянство частоты пульсаций вследст45-вие изменения в разные стороны (увеличе;ние, уменьшение) постоянных времени экс:понент нарастания и спада циклов пульсации. ! Такое изменение формы пульсации влечет за собой изменение ее постоянной составg) ляю шей.

Таким образом выходное напряжение ста билизатора может быть рассмотрено как

;сумма практически неизменного постоянного напряжения по нижней границе пульсаций и .55I постоянной составляюшей пульсаций, которая изменяется сообразно дестабилизиру. ющим факторам, т.е. сообразно изменению, формы пульсации, но не выхолнт за пре433606 делы ее размаха. Иными словами, нестабиль ность постоянной составляющей выходного, I напряжения не превосходит размаха пульсацийй.

Современные технические средства позволяют получить стабилизатор с размахом пульсаций гистерезисной подстройки порядка нескольких микровольт, что является ощутимым резервом уменьшения флюктуации, т. е. повышения точности стабилизации постоянного напряжения.

Предмет изобретен ия

Стаби постоянного напряжения по авт. св. % 338976, о т л и ч а юш и и с я тем, что, с целью повышения точности стабилизации напряжения, он снабжен банансным усилителем, подключенным одним входом параллельно выходным за жимгlM, стабильным источником питания, подключенным к другому входу балансного усилителя, симметричным триггером, вспомогательным транзистором и двумя двухканальными индикаторами разбайанса, .

5; одйн из которых подключен первым входом

;;к первому выходу балансного усилителя не: посредственно, вторым - к второму выходу усилителя через стрелочный индикатор разбаланса, а выходными каналами — че10, рез резисторы к входам симметричного триггера, параллельно выходу которого подключены входы второго индикатора разбаланса, первый выходной канал которого через резистор и один из контактов сдвоен15 ного выключателя подключен к входу источника опорного напряжения, а второйчерез резистор к базе вспомогательного транзистора, которая через другой резистор

:соединена с общей шиной и с эмиттером

20 этого же транзистора, а его коллектор чет рез второй контакт выключателя соединен с эмиттером дополнительного транзистора.