Стабилизатор постоянного тока

Стабилизатор постоянного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

G 05 F 1/56

Государстввииый комитет

Опубликовано 15.11.80. Бюллетень J% 42

Дата опубликования описания 15,11.80 ио делам иэобретеиий и открытий (53) УДК 621.316, .72 .1 (088.8) (72) Авторы изобретения.

В. Н. Науменко, В, С. Малов и А. В. Готовцев (7I) Заявитель (54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА.

Изобретение относится к электротехнике и, может быть использовано в качестве высокостабильного биполярного источника тока и преобразователя напряжения в ток, Известно устройство для стабилизации тока, использующее свойства транзисторного каскада с общей базой (1).

Однако известное устройство не обладает достаточной точностью стабилизации тока. то

Известен стабилизатор тока, содержащий усилитель постоянного тока, орган сравнения, регулирующий элемент, выполненный иа биполяр- ном транзисторе, база которого соединена с выходом. усилителя постоянного тока, эталонный резистор, один вывод которого эаземлен, а второй через нагрузку стабилизатора соединен

q эмиттером регулирующего транзистора (2}.

Однако известный стабилизатор тока имеет тот недостаток, что при большом диапазоне то изменения напряжения на нагрузке и эталонном резисторе, напряжение на выхода усилителя постоянного тока также должно меняться в большом диапазоне.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является стабилизатор постоянного тока, содержаший усилитель постоянного тока, орган сравнения, последовательный регулирующий элемент, выполненный по двухтактной схема на двух транзисторах разного типа проводимости, и эталонный резистор, один зажим которого заземлен, а другой через нагрузку подключен к выводу для подключенич к среднему полюсу источника входного напряжения, причем коллектор и-р-и транзистора регулирующего элемента соединен с выводом для подключения положительного полюса источника входного напряжения, а коллектор р-и-р транзистора— с выводом для подключения отрицательного полюса источника входного напряжения (3).

Однако известный стабилизатор постоянного тока обладает недостаточной стабильностью тока.

В известном стабилизаторе тока транзисторы регулирующего элемента включены. по схеме с общим эмиттером, При таком включении регулирующий элемент инвертирует напряжение на эталонном резисторе, в стабилизаторе необходим усилитель постоянного тока беэ

84 4 ным напряжением которого является напряжение на эталонном резисторе U а входвт ным — опорное напряжение стабилизатора U причем коэффициент передачи усилителя К, I стабилизирован отрицательной обратной связью: эт Аос

К пав- и „к+а где Rо — сопротивление резистора обратной связи 8;

R — сопротивление резистора 9 и соответствующей части резистора 7;

A.

)Ъ=

R+ R

К вЂ” собствейный коэффициент усиления усилителя постоянного тока 10.

При большом значении К К =

R пеа Р, На чертеже приведена электрическая схема стабилизатора постоянного тока, Коллектор и-р-и транзистора 1 двухтактного регулирующего элемента 2 соединен с положительным полюсом источника входного напряжения 3, отрицательный полюс которого подключен к коллектору р-и-р транзистора 4 регулирующего элемента 2. Средний вывод источника входного напряжения 3 через нагрузку стабилизатора 5 и эталонный резистор б соединен с землей. Базы транзисторов 1 и 4 заземлены.

Между точкой соединения нагрузки стабилизатора 5 с эталонным резистором б и подвижным контактом резистора установки опорного напря- <0 жения 7 включен делитель напряжения на резисторах 8 и 9, образующий орган сравнения напряжения на эталонном резисторе и источнике опорного напряжения. Общая точка резисторов 8 и 9 подключена к инвертирующему входу усилителя 45 постоянного тока 10. Неинвертирующий вход усилителя постоянного тЬка заземлен. Выход усилителя постоянного тока соединен с эмиттерами транзисторов регулирующего элемента.

Средний вывод резистора установки опорного напряжения 7 заземлен, а два крайних соединены с положительным полюсом источника положительного опорного напряжения 11 и отрицательным полюсом источника отрицательного опорного напряжения 12 соответственно.

Отрицательный полюс источника 11 иположительтельный полюс источника 12 заземлены.

Стабилизатор тока пуедставляет собой стабилизированный усилитель напряжения, выход-.

0 К ° 0 эт Q. R»

1 .е о. н эт ос A. эт и

"эт + ос + þ Uáï < sT

"пва оп в . р у(д др

50 Точность, стабилизации напряжения на эталонном резисторе и тока в нагрузке определяется собственным коэффициентом усиления усилителя постоянного тока и параметрами транзисторов регулирующего элемента.

3 7799 инверсии фазы. Поэтому известный стабилизатор тока неустойчив в работе, особенно при применении усилителя постоянного тока с большим коэффициентом усиления по напряжению. Для обеспечения устойчивой работы ста5 билизатора требуется подключение к усилителю постоянного тока специальных компенсирующих цепей, которые сильно изменяют форму частотнофазовой характеристики усилителя постоянного тока. В результате, например, при использовании известного стабилизатора тока в качестве биполярного преобразо :вателя напряжения в ток сужается частотный диапазон работы преобразователя, увеличивается погрешность преобразования.

Целью изобретения является увеличение точности стабилизации тока.

Указанная цель достигается тем, что в из вестном стабилизаторе тока базы транзисторов регулирующего элемента заземлены, а эмиттеры соединены с выходом усилителя постоянноМ

ro тока, причем общая точка эталонного резисто- ра и нагрузки через резистор органа сравнения подключена к инвертирующему входу усилителя постоянного тока.

Нагрузка стабилизатора тока 5 R включена последовательно с эталонным резистором б

Йе„т, При постоянном опорном напряжении

U цепь обратной связи с определенной статической ошибкой поддерживает постоянным напряжение U . Так как сопротивление эталонного резистора R постоянно, то остается постоянным и ток ..(, . через Ввт, который протекает одновременно и через R . где Л< — ток обратной связи через резистор;

Й //Р— условное обозначение сопротивлеQC ния параллельного соединения резисторов Я и В

Из последнего выражения видно, что ток через нагрузку стабилизатора пропорционален опорному напряжению стабилизатора, и данный, стабилизатор тока можно использовать в качест ве преобразователя напряжения в ток. В этом случае вместо опорного напряжения использует-. ся напряжение управления преобразователем.

Стабилизатор работает следуюШим образом.

При положительном направлении тока в нагрузке стабилизатора 5 ток (+ J) от положительного полюса источника входного напряжения

7799

3 протекает через цепь коллектор-эмиттер л-р-и транзистора 1, выход усилителя постоянного тока 10, источник питания усилителя (на чертеже не показан), средний вывод которого заземлен, в эталонный резистор б и нагрузку стабилизатора 5. С нагрузки ток поступает.на средний вывод источкика входного напряжения 3. При протекании тока через эталонный резистор на нем выделяется отрицательное напряжение (Оат ) . С подвижного контакта 1о резистора 7 лри положительном направлении тока в нагрузке снимается положительное опорное напряжение (+U ), Напряжения (+U „) и 0 )сравниваются схемой сравнения на резисторах 8 и 9 и их разность положительного знака поступает на инвертирующий вход усилителя постоянного тока 10. Усиленное напряжение на выходе усилителя постоянного тока но обратное IIQ знаку, поступает на эмиттер транзистора 1. Изменение тока эмиттера транЬ зистора 1 приводит к изменению тока коллектора этого транзистора, Изменение величины тока, протекающего через эталонный резистор и нагрузку компенсируется с заданной точностью за счет соответствуюшего изменения величи-25 ны тока коллектора транзистора 1.. Например, при увеличении входного напряжения или уменьшении сопротивления нагрузки, увеличение тока положительного направления через нагрузку и эталонный резистор приведет к уве- 30 лнчению U

Разность напряжений О„л -Оэт < 0 поступает на инвертирующий вхбд усилителя постоянного тока, Приращение напряжения на выходе усилителя постоянного тока положительного знака с заданной точностью уменьшит ток эмиттера транзистора 1, так чтобы с заданной точностью восстановилось равенство: UT эт = Рэт

Ю

При положительном направлении тока в нагрузке транзистор 4 закрыт.

При отрицательном направлении тока в нагрузке ток — 3 от среднего вывода источника входного напряжения 3 через нагрузку поступа- 45 ет в эталонный резистор 6. С эталонного резистора через источник питания усилителя постоянного тока, средний вывод которого заземлен, . выход усилителя постоянного тока, цепь эмиттер-коллектор р-и-р транзистора 4 ток прохо- 5О дит на отрицательный полюс источника входного напряжения.

При протекании тока через эталонный резистор на нем выделяется положительное капряже(+1 эт ) С подвижного контакта резистора 55 при отрицательном направлении тока в нагрузке снимается отрицательное опорное напряжение (-U0 ). Напряжения (™ол) и (+U>т) сравниваются схемой сравнения на резисторах 8 и 9 и

84 6 их разность отрицательного знака поступает на инвертирующий вход усилителя постоянного тока 10. Усиленное напряжение на выходе усилителя постоянного тока, но обратное по знаку, поступает на эмиттер транзистора 4. Изменение тока змиттера транзистора 4 приводит к изменению тока коллектора этого транзистора. Изменекие величины тока (- ), протекающего через эталонкыи резистор и нагрузку,компенсируется с заданной точностью за счет соответст-. вующего изменения величины тока коллектора транзистора 4.

При отрицательном направлении тока в нагруз- ке транзистор 1 закрыт.

Регулирующий элемент в стабилизаторе тока не дает усиления по току. Поэтому усилитель постоянного тока должен быть достаточно мощным. Максимальный выходной ток усилителя должен быть не меньше максимального тока в нагрузке стабилизатора. Например, его можно выполнить на операционном усилителе, выход которого умощнен двухтактным эмиттерным повторителем ка двух транзисторах различного, типа проводимости, Для улучшения КПД стабилизатора тока выходной каскад усилителя постоянного тока можно запитать от отдельного низковольтного источника питания напряжением в несколько вольт, так как необходимое выходное напряжение усилителя невелико и равно напряжению между эмиттером и базой одного из транзис-, торов регулирующего элемента.

Коэффициент стабилизации тока нагрузки 3 стабилизатора при изменении тока коллектора

Э транзистора регулирующего элемента лод воздействием дестабилизируюших факторов определяется следующим выражеккем.

5JK Р Ic кэт! Roc н (5+(Ь) l3) пер где Ь Э вЂ” изменекйе тока коллектора соответствующего транзистора лри разомкнутой цепи обратной связи;

Ь вЂ” изменение тока нагрузки стабилиза; тора при замкнутой цели обратной связи;

P — коэффициент усиления по току и, схеме с обшим эмиттером; — объемное сопротивление базы; — дифференциальное сопротивление э эмиттерного перехода;

1ь, о,г — параметры открытого транзистора.

Акапогичным выражением описывается К для известного стабилизатора прототипа. Выражения для К для данного к известного стабилизаторов совпадают по той простой причине, и Кст к что для: управления регулирующими транзисторами требуется одно и то же напряжение на выходе усилителя постоянного тока, равное напряжению между базой и эмиттером. В известном стабилизаторе током управления регулирующим транзистором является ток базы, в данном стабйлизаторе — ток эмиттера Ь:1Э равный (1+p) Ь 3б входные сопротивления регулирующих транзисторов т, тоже отличаются в (1+P) раз и соответственно равны для известного стабилизатора

l Б „ Ьх =r +(s+p)t и r =r + ф б . Э SX, Э 1+ q+P для данного стабилизатора.

Нестабильность тока коллектора регулирующего транзистора под воздействием дестабилизирующих факторов в данном стабилизаторе описывается формулой зо где Й 0 — изменение напряжения на коллек-.

К торном переходе открытого транзистора при изменении входного напряжения и сопротивления нагруз-, ки стабилизатора;

Л3 — изменение обратного тока коллекко тора открытого транзистора в схеме с общей базой; т., — дифференциальное сопротивление коллектора открытого транзистора З в схеме с общей базой.

В известном стабилизаторе 6.1„записывается:

t лак к

49

+(1 5) 1к0 + ("+И к k где г + — дифференциальное сопротивление колк лектора открытого транзистора в схе- 4$ ме с общим эмиттером + т к

К 1 ф

Абсолютная нестабильность тока нагрузки стабилизатора при изменении входного напря. жения и сопроти;аления нагрузки стабилизатора и. изменении обратных токов коллекторов тран-

8 зисторов регулирующего элемента в данном стабилизаторе равна: где 6 Э„о„— изменение обратного тока коллектора закрытого транзистора в схеме с общей базой.

Для известного стабилизатора тока абсолютная нестабильность тока нагрузки стабилизатора записывается выражением:

В данном стабилизаторе точность стабилизации тока в нагрузке в (1+P) раз выше, чем в известном стабилизаторе (прототипе) .

Формула изобретения

Стабилизатор постоянного тока, содержащий усилитель постоянного тока, орган сравнения, последовательный регулирующий элемент, выполненный. по двухтактной схеме на двух транзисторах разного типа проводимости, и эталонный резистор, один зажим которого заземлен, а другой через нагрузку подключен. к выводу для подключения к среднему полюсу источника входного напряжения, причем коллектор и-р-и транзистора регулирующего элемента соединен с выводом для подключении положительного полюса источника входного напряжения, а коллектор р-и-р транзистора— с выводом для подключения отрицательного полюса источника входного напряжения, о тл и ч а ю шийся тем, что с целью увеличения точности стабилизации тока, базы транзит торов регулирующего элемента заземлены, а эмиттеры соединены с выходом усилителя постоянного тока, причем общая точка эталонного резистора и нагрузки через резистор органа срав. пения подключена к инвертирующему входу усилителя постоянного тока, Источники информации, принятые во внимание цри экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР И 534748, кл. G Об F 1/56, 1976.

2. Лодик С. Д. Полупроводниковые стабилизаторы постоянного напряжения и тока. М., "Советское радио", 1962, с. 326, рис. 86, СХ.1.

3. Авторское свидетельство СССР N 514281, кл. G 05 F 1/56, 1976.

779984

Составитель С. Снтко

Техред М. Голиика Корректор Г. Назарова, Редактор Н, Коллда

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, уи. Проектнаи, 4

Заказ 9324/14 Тираж 956 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5