Стабилизатор постоянного напряжения

Стабилизатор постоянного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союэ Советских

Соцмалистнческих реслублни

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕлбСТВУ (61) Кополннтельное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 01.06.76 (Ql) 2366635/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (11) 600545

f -- — -у-=:- « (51) И. KA.

G 05 F 1/56

Гасударстваиаьй катет

Совета мыаастрав Ессв аа делам азо5ратенаа

N OlKPbllNQ (23) Приоритет (43) Опубликовано 3003.78. Бюллетень № 12 (45) Дата опубликования описания 31.03.78 (®) УДЫ 621316722 l (088.8) (72) Автор изобретения

А. С. Нагайкни (7l) Заявитель (54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к устройствам электропитания, и может быть использовано в качестве быстродействующего стабилизатора напряжения, стабилизатора импульсов прямоугольной формы, à также в качестве формирователя-усилителя стабилизированных импульсов.

Известен стабилизатор постоянного тока. содержащий последовательный регулирующий транзистор с резистором s цепи базы, подключенный эмит-1р тером через эталонный резистор к выходу, усилитель постоянного тока н источник эталонного налря. жения (1).

Наиболее близким техническим решением к 1а данному изобретению является стабилизатор постоянного напряжения, содержащий включенный последовательно в выходную шину регулирующий элемент, вход которого через усилитель обратной связи с дифференциальным, каскадом на транзисторах рй и шиной питания соединен с делителем выходного напряжения н источником опорного напряжения (23

К недостаткам такого стабилизатора напряжения относятся невозможность получения на его выходах непосредственно стабилизированных прямо2 угольных импульсов g большов расход мощности от источника питиия.

Пелью изобретения является расширение функ ° циоюльных возможностей стабилизатора путем по. лучавия на выходе стабилизированных по амплитуде прямоугольных импульсов, исключение влияния амплитуды импульсов генератора на аье литуду выходных импульсов и получение оптимальных переходных характеристик, а. также повышение коэффициента стабилизации.

Поставлеыюя цель достигается тем, что в предлагаемом стабилизаторе постоянного напряжения в общую эмиперную цепь транзисторов дифференциального каскада включен дополнительно введенный коммутируемый источник тока, подключенный управляемым входом к дополнительно введенному генсратору прямоутольных, импульс<в.

В коллекторные цепи транзисторов дифференциального каскада усилителя обратной связи включены дополвителыю введенные диоды, которые через элемент, обеспечивающий их смещение в прямом направлении, соединены с шиной питания усилителя обратной свям, причем общие точки!кол. лекторов транзисторов дифференциального каскада и укаэанных диодов соединены с базаьвг транзисто600545 . ров дополнительно введенного дифференциального каскада на транзисторах, используемого в качестве выходного каскада усилителя обратной связи.

Кроме того, в усилитель обратной связи введен по крайней мере еще один дополнительньй диф- 5 ференциальный каскад на транзисторах, включенный со стороны входа усилителя обратной связи.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого стабилизатора постоянного напряжения. 10

Стабилизатор содержит: последовательно включенный в выходную шину регулирующий элемент 1, вход которого через усилитель 2 обратной связи с дифференциальным каскадом 3 на транзисторах и шиной питания соединен с делителем 4 выходного напряжения и источником питания опорного напряжения; в общую эмиттерную цепь транзисторов диф. ференциального каскада 3 включен дополнительно введенньй коммутируемьй источник 6 тока, подключенньй управляемым входом к дополнительно введенному генератору 7 прямоугольных импульсов; в коллекторные цепи транзисторов дифференциального каскада 3 включены дополнительно введенные диоды 8, 9 (в качестве диодов использованы транзисторы в диогеном включении), которые через элемент 10, обеспечивающий их смещение в прямом направлении, соединены с шиной питания усилителя 2 обратной связи, причем общие точки коллекторов транзисторов дифференциального кас- З0 када 3 и диодов 8, 9 соединены с базами транзисторов дополнительно введенного диффере щиального каскада 11 на транзисторах, используемого в качестве выходного каскада усилителя обратной связи. 35

Стабилизатор напряжения работает следующим образом.

При отсутствий импульса опроса с генератора

7 коммутируемый источник 6 тока закрыл, и ток 40 через диоды 8 и 9 не проходит. В этом случае дополнительньй дифференциальньй каскад 11 и регулирующий элемент 1 находятся в закрытом состоянии. Если же с генератора 7 на вход коммутируемого источника 6 подается импульс соответствую- 45 щей полярности, то на его выходе в общей эмиттерной цепи дифференциальной пары появляется ток J @, распределяемьй между коллекторами дифференциального каскада 3 в соответствии с разностью опорного напряжения О „снимаемого 50 с опорного источника 5, и напряжения Ug делителя 4 выходного напряжения, Величины токов в коллекторах транзисторов дифференциального каскада

3 могут быть аппроксимированы следуницими формулами 55 э

7 (1) 1оп 0Й + exp— т1 ч

11 оп 11ф

Д е р т ц ц оп - 1я

1+ ехр

N, где J<, J g — токи в коллекторах дифференциального каскада транзисторов;

m — коэффициент в степени экспоненты, учитывающий влияние всех слагаемых тока через пере. ход; — — температурный. потенциал;

g — заряд электрона;

k — постоянная Больцмана. 1К Токи J g и 1 к -, выделяясь на диодах 8

1 и 9, создают на них падения напряжений U и 0> .

Ов=тф 1n — — p к, ч д ку

Up=mt In — — р

Ъгs (3) (4) где 1в-т, J q — средние значения тепло вых токов диодов 8 и 9.

Выходное дифференциальное напряжение (Овых.д ), управляющее дополнительным дифференциальным каскадом 11, определяется из формулы

О.ы..д — — 0,-0g, (5)

Подставляя значения токов Jg, Э и в соответствующие выражения при условйи идентичности характеристик диодов 8, 9 и транзисторов дифференциалъного каскада 3, получим:

0 вых.д = Ооп — 09 (6)

Напряжение Uð д. усиливается дополнительным дифференциальным каскадом 11 и открывает регулирующий элемент 1, в результате чего. на выходе стабилизатора появляется импульсное напряжение, амплитуда которого определяется величиной опорного напряжения, снимаемого с опорного источника 5, а длительность определяется длительностью импульса с генератора .

При отклонении амплитуды выходного прямоугольного импульса от номинальной величины на входе дифференциального усилителя возникает сигнал ошибки, которьй усиливается усилителем 2 и поступает на регулирующий элемент 1, создавая корректирующее воздействие на величину амплитуды выходного импульса, Таким образом с выхода стабилизатора напряжения генерируются прямоуголь. ные стабилизированные импульсы.

Поскольку-выходное напряжение с диодов

8 и 9 повторяет величину входного дифференциального напряжения, т. е. равно разности опорного напряжения и напряжения с делителя (см. формулу 6), то очевидно, что зто напряжение в первом приближении не зависит от величины тока в общей эмиттерной цепи дифференциального каскада 3. Иэ вышеизложенного следует, что амплитуда импульсов генератора, которая определяет величину общего эмиттерного тока 1э, не влияет на

600545 коэффициент передачи усилителя 2 н, следовательно, на амплитуду выходных. импульсов.

Установка диодов 8 и 9 в коллекторах дифференциального каскада 3 позволяет уменьшить выбросы напряжений в момент появления отпирающего импульса на входе коммутируемого источника 6 тока и повысить быстродействие усилителя.

Это обусловлено малым диапазоном изменения коллекторных напряжении, размах которых не превышает величину прямого падения напряжения на диодах 8 и 9. Малый диапазон изменения коллекторных напряжений сокращает время переходных процессов, снижает влияние барьерных емкостей коллекторов, обусловленных эффектом Эрли, и исключает насыщение транзисторов дифференциального каскада 11.

Ввиду того, что для повышения коэффициента стабилизации необходимо увеличивать коэффициент усиления по напряжению усилителя обратной связи и исключать влияния температурного дрейфа, то 20 первый каскад усилителя желательно иметь с большим коэффициентом усиления. Поэтому в коллекторных цепях первого каскада предпо пительнее ставить резисторы для получения большого коэффициента усиления по напряжению. В то же время 25 наибольшее влияние на быстродействие усилителя оказывает эффект насыщения коллекторных переходов транзисторов выходного дифференциального каскада, работающего s режиме большого сигнала.

В связи с этим установка диодов 8 и 9 в предпо- 30 следнем каскаде наиболее эффективно увеличивает быстродействие усилителя 2 обратной связи при высоком коэффициенте усиления разности U Оп и

О, так как в этом случае исключается насьпцение транзисторов выходного каскада, работающего в ре- Зз жиме большого сигнала, Таким образом, введение в общую эмиттерную цепь дифференциального каскада транзисторов стабилизатора напряжения коммутируемого источника тока, управляемым входом подключенного к гене- 40 ратору импульсов, позволяет получить на выходе стабилизатора напряжения прямоутольные импульсы с непосредственной стабилизацией, амплитуда которых устанавливается выходным делителем 4, а длительность — определяется длительностью импульсов 4 с генератора 7, кроме того, это дает возможность уменышпь потребляемую мощность от источника питания, так как в отсутствие импульса с генератора регулирующий элемент закрыт. Установка в коллекторных цепях дифференциального каскада с коммутируемым источником тока и генератором импульсов прямосмещенных диодов исключает влияние амплитуды импульсов с генератора на амплитуду выходных импульсов; введение коммутируе55 мого истопшка тока с генератором импульсов и диодов в коллекторные цепи в предпоследний дифференциальный каскад позволяет получить высокий коэффициент стабилизации выходного напряжения при высоком быстродействии и малом времени установления переходных процессов.

Формула изобретения

1. Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий включенный последовательно в выходную шину регулиру аций элемент, вход которого через усилитель обратной связи с дифференциальным каскадом на транзисторах и шиной питания соединен с делителем выходного напряжения и источником опорного напряжения, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей стабилизатора путем получения на выходе стабилизированных по амплитуде прямоугольных импульсов, в общую эмиттерную цепь транзисторов дифференциального каскада включен дополнительно введенный коммутируемый источник тока, подключенный управляемым входом к дополнительно введенному генератору прямоутольных импульсов.

2. Стабилизатор по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью исключения влияния амплитуды импульсов указанного генератора на амплитуду выходных импульсов и получения оптимальных переходных характеристик в коллекторные цепи транзисторов дифференциального каскада усилителя об. ратной связи включены дополнительно введенные диоды, которые через элемент, обеспечивающий их смещение в прямом направлении, соединены с шиной питания усилителя обратной связи, причем общие точки коллекторов транзисторов дифференциального каскада и указанных диодов соединены с базами транзисторов дополнительно введенного дифференциального каскада на транзисторах, используемого в качестве выходного каскада усилителя обратной связи.

3. Стабилизатор по нп. 1 и 2, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения коэффициента стабилизации, в усилитель обратной связи введен по крайней мере еще овин дополнительный дифференциальный каскад на транзисторах, включенный со стороны входа усилителя обратной связи

Источники информации, принятые во винье. ние при экспертизе:

1, Авторское свидетельство СССР N4 400886, кл, G 05 F 1/56, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР Н 337888, кл. Н 02 М 3/14, 1969.

600545

Составитель С. Горбачева

Техред О.Андрейко

Корректор Л. Небола

Редактор 3. Старикова

Заказ 1897/60

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектиав, 4

Тираж !033 Подлнсное

llHHHIIH Государственного комитета Совета Министров СССР по делам иэобретеиий и открытый

1) 3035, Москва, Ж- 35, Раушскав наб., д. 4/5