Стабилизатор постоянного напряженияи toka

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<1817689

К ABTOPCKOMV CSHQETRRLCTBV (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 2805.79 (21) 2770179/24-07 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет — . (51)М. Кл 3

G 05 F 1/56

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий

Опубликовано 30,03.81. Бюллетень М9 12 (53) УДК 621.316.

722, 1 (088. 8) Дата опубликования описания 300381 (72) Авторы изобретения

М.П.Дементьев и Л.В.Шубин (71) Заявитель (54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

И ТОКА

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различной радиотехнической аппаратуре, в частности для обеспечения стабильным питанием цепей широкодиапа= зонных транзисторных передатчиков.

Известны стабилизаторы постоянного напряжения и тока, содержащие источник опорного напряжения, схему сравнения, усилитель постоянного тока, регулирующий каскад, эталонный резистор, включенный на выходе стабилизатора последовательно с нагрузкой, и иэмерительно-усилительный орган.

В известных стабилизаторах напряжение, которое воздействует на регулирующий орган, является функцией разности между опорным напряжением и напряжением, снимаемьм с эталонного резистора, а величина последнего зависит от тока нагрузки fl.).

Однако такие стабилизаторы не могут обеспечить устойчивую работу.при значительных пульсациях тока нагрузки

Получение высокого. коэффициента стабилизации эа счет увеличения коэффициента регулирования приводит к возникновению автоколебаний с частотой пульсаций тока нагрузки. Одновре менно для таких стабилизаторов требуется значительная величина сопротивления эталонного резистора, что увеличивает потери мощности в стабилизаторе и ухудшает КПД.

В отдельных .случаях необходимо иметь источник питания, который работает как в режиме стабилизации напряжения, так и в режиме стабилизации

10 тока

Однако этот стабилизатор не обеспечивает автоматического перехода из режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока и наоборот,кроме того, он имеет и указанные въхае недостатки.

Требования иметь высокую устойчивость работы устройства при больших уровнях пульсаций тока нагрузки с автоматическим переходом иэ режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока и наоборот предъявляются, например, к источникам питания широкодиапазонных транзисторных передатчиков.

Такие передатчики имеют участки рабочего диапазона с оптимальным согласованием и, соответственно, максимальным током потребления и выходной мощностью, значительно превышающей заданную, а также участки диапа817689 зона с неоптимальным согласованием и, соответственно, с минимальным током потребления и минимально допустимой выходной мощностью.

Для обеспечения оптимальной мощности потребления от источника пита; ния в первом случае требуется ограни чение по току, во втором — по напряжению.

Кроме того, при работе передатчика в режиме амплитудной модуляции (коллекторная модуляция каскадов передатчика) осуществляется модуляция выходного напряжения стабилизатора, в результате которой невозможно получить информацию о величине тока нагрузки с эталонного резистора, включенного на выходе стабилизатора последовательно с нагрузкой.

Цель изобретения — повышение устойчивости работы устройства в режиме стабилизации тока при больших уровнях пульсаций тока нагрузки с одновременным увеличением коэффициента стабилизации и КПД и обеспечение автоматического перехода из режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока и наоборот., Эта цель достигается тем, что в предлагаемом стабилизаторе эталонный резистор включен между выходной клеммой источника постоянного тока и входом стабилизатора и одновременно в разрыв одной из точек. первой диагонали реэистивного моста, при этом к противоположной точке этой диагонали подключен источник напряжения противоположной источнику питания полярности, а во вторую диагональ указанного моста включен своим входом операционный усилитель, выход которого через буферный усилитель постоянного тока подключен к базе транзистора схемы сравнения, Кроме того, между выходом операционного усилителя и входом буферного усилителя постоянного тока включен компаратор.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема стабилизатора.

Стабилизатор содержит эталонный резистор 1, с. которого снимается информация о величине тока потребляемого нагрузкой, резисторы 2-5 образуют реэистивный мост, между резисторами 2 и 4 которого включен эталонный резистор 1, а к общей точке соединения резисторов 3 и 5 подключен источник напряжения противоположной источнику питания полярности. Стаби-! литрон 6 и резистор 7 представляют собой параметрический стабилизатор, который служит источником опорного напряжения и через резистор 8 подключен к базе транзистора схемы 9 сравнения, устройство содержит также фильтрующий конденсатор 10.

65 ство работает следующим образом.

Напряжение с эталонного резистора

1, которое зависит от тока потребляемого нагрузкой, подается в одну из точек первой диагонали реэистивного моста 2-5. Ко второй диагонали этого

Питание на транзистор 9 подается через резистор 11, который совместно с резисторами 12-14 является нагрузкой схемы сравнения, конденсатор

15 — фильтр в цепи питания. С резис5 тора 13 напряжение подается на усилитель 16 постоянного тока, который управляет работой регулирующего каскада 17, Резистор 18 — эквивалентное сопротивление нагрузки, операционный усилитель 19 своим входом включен во вторую диагональ моста. Резистор 20 резистор обратной связи, резистор 21 служит для балансировки моста, резистор 22 - для нагрузки операционного усилителя. К инвертирующему входу компаратора 23 подключен делитель на резисторах 24 и 25, с помощью которого задается порог срабатывания компаратора. Неинвертирующий вход компаратора через резистор 26 подключен к вы20 ходу операционного усилителя. Резистор 27 — резистор обратной связи. Выход компаратора через резистор 28 подключен к входу буферного усилителя 29, коллектор транзистора буферного усилителя подключен к базе схемы сравнения, Диод 30 шунтирует выход компаратора, когда на его выходе имеется напряжение отрицательной полярности, Стабилизатор содержит источник

31 опорного напряжения, а также источ-. ник 32 модулирующего напряжения, который необходим при использовании стабилизатора в качестве источника питания широкодиапазонного транзисторного передатчика в .режиме амплитудной модуляции. .Стабилизатор работает в режиме стабилизации напряжения и в режиме стабилизации тока.

В режиме стабилизации напряжения

40 буферный усилитель 29 закрыт и устройство работает следующим образом.

Напряжение на эмиттере транзистора

9 схемы сравнения сравнивается с опорным напряжением на стабилитроне 6, 45 включенном в его базу, и таким образом всегда поддерживается постоянным по величине, .т.е. через резисторы 12

14 протекает постоянный по величине ток. С резистора 13, с помощью кото5g рого задается уровень выходного напряжения стабилизатора, .напряжение подается на усилитель 16 постоянного тока. так как напряжение, снимаемое с резистора 13, постоянно по величине и является опорным для УПТ, то последний воздействует на регулирующйй каскад 17 так, что на нагрузке 18 поддерживается постоянное по величине напряжение.

В режиме стабилизации тока устроймоста иодклвч H своим входом, операционный усилитель 19, включенный по схе35 ме вычитателя-усилителя. С помощью резистора 21 производится балансировка моста таким Образом, чтобы на нагрузке операционного усилителя резисторе 22 было определенной величины положительное напряжение, которое подается на неинвертирующий вход компаратора 23, а, с выхода последнего - на базу транзистора буферного усилителя 29. Степень открывания транзистора буферного усилителя определяет потенциал базы транзистора схемы 9 сравнения и, в конечном счете, величину выходного напряжения стабилизатора, соответствующего заданному току стабилизации.

Разбаланс моста зависит только от величины тока нагрузки (от изменения напряжения на эталонном резисторе 1) и не зависит от изменения напряжения .источника питания, которое отрабатывается стабилизатором напряжения.

Наличие источника напряжения противоположной источнику питания пОлярности, подключенного к общей точке соединения резисторов 3 и 5 моста, дает возможность получить необходимый для нормальной работы операционного усилителя 19 коэффициент деления напряжения источника при малых величинах резисторов 2 и 4 и тем самым улучшить передачу .перепада напряжения эталонного резистора 1 на вход операционного усилителя.

Так как одним из основных свойств операционных усилителей является высокая степень подавления синфаэных сигналов, подаваемых на оба входа, а таковыми являются напряжения, снимае5 !

О

ЗО величина напряжения на неинвертирующем входе компаратора меньше, чем на инвертирующем, и на выходе будет напряжение отрицательной полярности, которое гасится резистором 28 и диодом 30. При этом буферный усилитель

29 закрыт и устройство работает в режиме стабилизации напряжения.

При увеличении тока потребления нагрузки до величины, превышающей заданный ток стабилизации, напряжение на неинвертирующем входе становится больше, чем на инвертирующем, что приводит к опрокидыванию компаратора и на его выходе появляется напряжение положительной полярности. Это напряжение (после опрокидывания компаратора) изменяется в зависимости от изменения уровня напряжения на неинвертирующем входе и, в конечном сче-, те, в зависимости от изменения тока нагрузки. Напряжение с выхода компаратора, как было сказано выше, через буферный усилитель изменяет потенциал базы транзистора схемы сравнения и соответственно выходное напряжение стабилизатора. В этом случае устройство работает в режиме стабилизации тока.

При уменьшении тока нагрузки до величины меньшей, чем заданный ток стабилизации, напряжение на неинвертирующем входе компаратора уменьшается, он опрокидывается и устройство вновь переходит в режим стабилизации напряжения.

Наличие петли гистерезиса у компаратора обеспечивает необходимую устойчивость работы при коммутации режимов. мые с эталонного резистора, то наличие пульсаций источника питания практически не сказывается на устойчивости работы стабилизатора и позволяет реализовать высокий коэффициент усиле ния операционного усилителя и, как результат, повысить коэффициент стабилизации.

Кроме того, указанная выше передача перепада напряжения с эталонного резистора на вход операционного усилителя и возможность реализации высокого коэффициента усиления последнего позволяют уменьшить величину сопротивления эталонного резистора, а. следовательно, уменьшить потери на нем и, как результат, повысить КПД стабилизатора.

Компаратор 23 обеспечивает aaioматический переход работы устройства из режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока и наоборот.

Уровень напряжения опрокидывания компаратора (момент коммутации режимов) устанавливается резисторами 22 и 25.

При токах потребления нагрузки, меньших заданногo тока стабилизации, d0

65 пульсаций тока нагрузки с одновременным увеличением коэффициента стабилизации и КПД и обеспечивается автсматический переход из режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока и наоборот.

40 Включение эталонного резистора между выходной клеммой источника постоянного тока и входом стабилизатора и одновременно разрыв одной из точек первой диагонали реэистивного моста, 45 подключение к противоположной точке этой диагонали источника напряжения противоположной источнику питания полярности, включение во вторую диагональ моста входа специального усилителя, выход которого через буферный усилитель постоянного тока подключен к базе транзистора схемы сравнения, а также включение между выходом операционного усилителя и входом буферного усилителя постоянного тока ком55 паратора выгодно отличает предлагаемый стабилизатор постоянного напряжения и тока, так как в нем повышается устойчивость его работы н режиме стабилизации тока при больших условиях

817689

Формула изобретения

Х

Составитель В.Полякова

Редактор И.Ковальчек Техред A.Ñàâêà Корректор С.Щомак

Эакаэ 1466/64 Тираж 940 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, -Ж-35„ Paушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1. Стабилизатор постоянного напряжения и тока, содержащий источник опорного напряжения, соединенный через резистор со входом схемы сравнения, выходом соединенной со входом усилителя постоянного тока, выход которого соединен с управляющим входом регулирующего каскада, эталонный резистор и измерительно-усилительный орган, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости работы устройства в режиме стабилизации тока при больщих уровнях пульсации тока нагрузки с одновременным увеличением коэффициента стабилизации и КПД, эталонный резистор подсоединен к клемме для подключения основного источника питания и одновременно в разрыв одной из точек первой диагонали введенного резисторного моста,при этом к противоположной точке этой диагонали подключен дополнительный источник напряжения противоположной основному источнику питания полярности, а во вторую диагональ включен своим входом операционный усилитель измерительно "усилительного органа, выход которого. через буферный усилитель постоянного тока подключен к базе транзистора схемы сравнения.

2. Стабилизатор по н. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения автоматического перехода из режима стабилизации напряжения. в режим стабилизации тока и наоборот, между выходом операционного усилителя и входом буферного усилителя пос15 тоянного тока включен компаратор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 329631, кл. Н 02 М 3/02, 1970.

Щ 2. Авторское свидетельство СССР

Р 329629, кл. H 02 Е 3/02, 1970,