Стабилизатор напряжения постоянного тока с непрерывным регулированием

Стабилизатор напряжения постоянного тока с непрерывным регулированием

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<11) 506838

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 10.05.73 (21) 1918921/24-7 (51) М. Кл.2 G 05F 1/56

Н 02М 3/14 с присоединением заявки ¹ 1912259/24-7

Государственный комитет (23) Приоритет

Опубликовано 15.03.76. Бюллетень № 10

Дата опубликования описания 25.05.76

Совета Министров СССР по делам изобретений (53) УДК 621.316.722.1 (088.8) и открытий (72) Авторы изобретения

К. С. Глиненко, Я. С. Ступницкая и Г. А. Туркинов

Львовский ордена Ленина политехнический институт (71) Заявитель (54) СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

С НЕПРЕРЪ|ВНЪ|М РЕГУЛИРОВАНИЕМ

Известны стабилйзаторы напряжения постоянного тока с непрерывным регулированием, содержащие основной и Л дополнительных регулирующих транзисторов, коллекторы которых через разделительные диоды подключены к основному и Л дополнительным источникам питания, а эмиттеры непосредственно — к одной из выходных клемм, усилитель постоянного тока и источник опорного напряжения, Однако в известных устройствах на базы всех транзисторов подается одно и тоже управляющее напряжение, в результате чего все транзисторы, потенциалы коллекторов которых выше, чем потенциал эмиттеров, одновременно находятся в активном режиме. Поэтому мощность, выделяющаяся на всем регулирующем элементе, равна сумме мощностей, выделяющихся на каждом из транзисторов, и может достигать значительной величины, что неизбежно ведет к снижению КПД стабилизатора и к значительным размерам теплоотвода для регулирующих транзисторов.

С целью повышения КПД расширения пределов регулирования напряжения, а также уменьшения перепадов напряжения на базах регулирующих транзисторов и упрощения схемы предлагаемый стабилизатор снабжен дополнительным резисторным делителем напряжения с N выходами, подключенным между эмиттерами регулирующих транзисторов и выходом усилителя постоянного тока, причем выходы делителя через базовые резисторы со5 единены с базами соответствующих дополнительных регулирующих транзисторов, кроме того, стабилитрон снабжен дополнительными диодами, подключенными последовательно между выводами базовых резисторов, соеди1р ненными с выходами дополнительного резисторного делителя, и выходом усилителя постоянного тока; основной и дополнительные источники питания соединены между собой последовательно.

15 В стабилизаторе постоянного тока с непрерывным регулированием из-за специфики схемы стабилизаторов тока дополнительный делитель напряжения отсутствует, а дополнительные диоды подключаются между базовы2р ми резисторами и выходом усилителя постоянного тока.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого стабилизатора напряжения; на фиг.2 — тоже, стабилизатора тока.

Стабилизатор напряжения (фиг. 1) состоит из источников питания 1, 2 и 3, включенных последовательно между собой, напряжение с которых подается через один из трех регулирующих транзисторов 4, 5 или 6 на выход30 ные режимы стабилитрона 7 и 8, к которым

506838 подключены сопротивление 9 нагрузки и делитель 10 выходного напряжения. Часть выходного напряжения, снимаемая с делителя

10, поступает на один из входов усилителя 11 постоянного тока. Второй вход этого усили- 5 теля соединен с источником 12 опорного напряжения, а выход усилителя через многозвенный делитель, содержащий резисторы 13, 14 и 15 и базовые резисторы 16, 17 и 18, — с базами регулирующих транзисторов. 10

Регулирующий каскад состоит из нескольких регулирующих транзисторов (на схеме показано 3), работающих поочередно. Последнее определяется параметрами делителя из резисторов 13 — 15. При малых выходных на- 15 пряжениях стабилизаторов, меньших, чем напряжение, снимаемое с источника питани 1, в активном режиме работает только транзистор 4, на базу которого поступает наибольшее напряжение с делителя из резисторов 13 — 15. 20

На базы транзисторов 5, 6 поступает значительно меньшая часть отпирающего напряжения, снимаемая соответственно с резисторов

14, 15, а следовательно, токи коллекторов транзисторов 5 и 6 намного меньше тока кол- 25 лектора транзистора 4.

По мере возрастания выходного напряжения (при перемещении движка делителя 10) напряжение между коллектором и эмиттером транзистора 4 уменьшается, а транзистор 4 50 переходит в режим насыщения, что вызываег увеличение сигнала на выходе усилителя и отпирание транзистора 5. При дальнейшем увеличении выходного напря>кения транзистор 5 насыщается, а транзистор 6 переходит 55 в область активного режима. Поскольку потенциалы эмиттеров всех транзисторов одинаковы, то при открытом транзисторе 6 полярH0cTI н«п,зяжения между KQJIiTeKTop0> H 3MHTтером транзисторов 4 и 5 меняется на проти- 40 всполсжную, в результате чего появляются обратные токи, проходящие через эти транзисторы. Для устранения этого явления коллекторы транзисторов 4 и 5 подключены к источникам питания 1 11 2 через разделительные 45 диоды 19 и 20.

Соотношение между токами коллекторов транзи"TopB, находящегося в активном ре>киме, и сстальными транзисторами определяется параметрами делителя из резисторов 13 и 15, причем чем больше кратность деления каждого звена делителя, тем больше проходит токов коллекторов транзисторов и тем больше диапазон изменений напряжения на выходе усилителя постоянного тока, снижающий кс- 55 эффициент стабилизации стабилизатора и увеличивающий токи без транзисторов, находящихся в насышенном состоянии. Этот недостаток устраняется включением кремневых диодов 21 и 22 параллельно резисторам 13 и 14. 00

В последнем случае коэффициент деления делителя из резисторов 13 и 15 сохраняется малым при низких уровнях сигнала и приближается к единице при больших сигналах на выходе усилителя. 65

Посчередный режим работы регулирующих т;>апзисторов обеспечивается и при изменениях входного напряжения, когда выходное напряжение сох>аняется постоянным, а наибсльш е напряжение между коллектором и эмиттерсм транзисторов, работающих в активном ре>киме, не превышает напряжения соответствующе;о исто. ника питания.

При использовании в схеме N источников и такого же числа регулирующих звеньев максимальное напряжение между коллектором и эмиттером транзистора, работающего в активном режиме, будет в N раз меньшим по сравнению с обычными схемами, где V=1. Так как одновременно под полным током нагрузки находится только один из транзисторов, то и полная мощность, рассеиваемая на регулирующем элементе, уменьшается в N раз, в результате чего значительно повышается общий

1 ПД стабилиза,ора, уменьшается вес и габариты теплоотвода для регулирующих транзисторог,, увеличивается диана",îí регулирования выходного напря>кения.

Стабилизатор тока (фиг. 2) состоит из четырех источников питания 19 — 22, включенных и" следовательно между собой, напря>кение с выходов которых через разделительные диоды

23 — 25 и регулирующие транзисторы 26 — 29 поступает на последовательно включенные эталонной резистор 30 и сопротивление нагрузки 31. Напряжение обратной связи снимается с эталонно"o резистора и поступает на они из входов усилителя 32 постоянного тока (УПТ), а его второй вход соединен с источником 33 опорного напряжения. Разность этих напряжений усиливается и через диоды 34—

36 и резисторы 37 — 40 поступает на базы регулирующих транзи"торов.

Полярность напряжения, приложенного между базсй и эмиттерсм каждого из транзисторов 27 — 29, определяется разностью двух напряжений: отпирающего напряжения, равного выходному напряжению УПТ, и запирающего, равного разности потенциалов между коллектором предыдущего транзистора и эмиттером транзистора 26. Поэтому отпирание каждого из регулирующих транзисторов 27—

29 возможно только в том случае, если предыдущие транзисторы насыщены или близки к насыщению. При отпирающих смещениях между базами и эмиттерами транзисторов 27 — 29 диоды 34 — 36 оказываются включенными в прямом направлении и не препятствуют протеканию базовых токов этих транзисторов.

При изменении полярности напряжения на оазах диоды 34 — 36 оказываются включенными в обратной полярности и защищают переход база-эмиттер транзисторов 27 — 29 от пробоя.

B то же время в цепи базы транзисторов оказывается включенными большое сопротивление, равное обратному сопротивлению диодов, что может привести к значительным на. чальным токам их коллекторов. Для устранения этого недостатка участки база-эмиттер

506838 транзисторов 27 — 29 зашунтированы резчсторами 41 -43.

Принцип работы схемы состоит в том, что в зависимссти от величины выходного и входного напря>кений один из ретулирующих транзист;:ов переводится в область активного режима раооты, а остальные находятся либо в зак ытом, либо в насыщенном состоянии.

Так, при работе транзистора 26 в активной области, транзисторы 27 — 29 заперты, а ток нагрузки протекает по ветви: источник питания 19 — диод 23 — транзистор 26. При увелич-..нии выходного напряжения уменьшается перепа,z нHа пtряжения между коллектором и эмиттером транзистора 26. В момент приближения величины этого напряжения к напряжению насыщения открывается транзистор 27, ток нагрузки замыкается по ветви: источники питания 19 и 20 — транзисторы 26 и 27. При дальнейшем увеличении выходного напряжения транзистор 27 насыщается, отпирается транзистор 28, а ток нагрузки протекает по ветви: источники питания 19 — 21 — транзисторы 26—

28. Затем отпирается транзистор 29, ток нагрузки протекает по ветви: источники питания 19 — 22 — транзисторы 26 — 29.

Таким образом, весь диапазон изменений напряжения на регулирующем элементе оказывается разбитым на несколько поддиапазонов, количество которых определяется количеством источников питания и регулирующих транзисторов, а мак.".чмальное напряжение между коллектором и эмиттером любого из регулирующих транзисторов не превышает выходного напряжения соответствующего источника питания. Поскольку при любых изменениях входного и выходного напряжений в активной области работает только один из регулирующих транзисторов, то суммарная мощность, выделяющаяся на регулирующем элементе снижается в несколько раз, что значителы о увеличивает общий коэффициент полезного действия стабилизатора.

В зависимости от конкретных условий применения число одиночных регулирующих тран5 зисторов 26 — 29 (фиг. 2) может быть увеличено или уменьшено, а вместо одиночного транзистора могут быть включены составные транзисторы или параллельно включение нескольких транзисторов.

Формула изобретения

1. Стабилизатор напряжения постоянного тока с непрерывным регулированием, содержащий основной и «Л » дополнительных pery15 лирующих транзисторов, коллекторы которых срез разделительные диоды подключены к основному и «Л » дополнительным источникам питания, а эмиттеры непосредственно — к одной их выходных клемм, усилитель постоянно20 го тока и источник опорного напряжения, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения КПД и расширения пределов регулирования напря>кения, он снабжен дополнительным резисторным делителем напряжения с N вы25 ходами, подключенным между эмпттерами регулирующих транзисторов и выходом усилителя постоянного тока, причем выходы делителя через базовые резисторы соединены с базами соответствующих дополнительных

30 регулирующих транзисторов.

2. Стабилизатор по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения перепадов напряжения на баз регулирующих транзисторов, OH снабжуH доп-;IHHT ëüttíìè диодами, 35 подключенными последовательно между выводами базовых резисторов, соединенными с выходами дополнительного резисторного делителя, и выходом усилителя постоянчого тока.

3. Стабилизатор по п. 1, о тл и ч а ю щ и й40 с я тем, что, с целью упрощения схемы, основной и дополнительные источники питания соединены между собой последовательно.

506838

Заказ 1048/16

Подписное

Редактор Т. Янова

Составитель С. Снтко

Техред Н, Локтионова

Изд. № 12!1 Тираж 1029

Типография, пр. Сапунова, д. 2

Корректор Е. Хмелева