Стабилизатор постоянного напряжения

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в источниках вторичного электропитания радиоаппаратуры. Техническим результатом является обеспечение высокой температурной стабильности выходного напряжения (широкого диапазона рабочих температур) при одновременном расширении диапазона выходных напряжений, а значит и расширение функциональных возможностей устройства как стабилизатора постоянного напряжения. Стабилизатор постоянного напряжения содержит три транзистора, два стабилитрона, диод, пять резисторов, конденсатор. 1 ил. 1 п. ф-лы.

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в источниках вторичного электропитания радиоаппаратуры.

Уровень техники

Известен стабилизатор постоянного напряжения содержащий: общий вывод; выходной вывод; входной дополнительный вывод; регулирующий транзистор; входной основной вывод; первый, второй и третий резисторы; резисторы (четвертый и пятый) делителя выходного напряжения; стабилитрон; транзистор усилителя постоянного тока; диод; конденсатор; транзистор защиты (авт. свид. SU 1343403, МКИ: G05F 1/569).

Недостатками данного устройства являются невозможность самостоятельного запуска после устранения короткого замыкания на выходе (для приведения стабилизатора в рабочее состояние необходимо снять с его входа напряжение и затем провести повторное включение), обязательное наличие дополнительного источника питания, а также ограниченные функциональные возможности обусловленные:

низкой температурной стабильностью выходного напряжения (узким диапазоном рабочих температур) в случае широкого диапазона выходных напряжений;

узким диапазоном выходных напряжений при высокой температурной стабильности (широком диапазоне рабочих температур).

Наиболее близким аналогом - прототипом к заявляемому техническому решению является стабилизатор постоянного напряжения (патент RU 2480809, МПК: G05F 1/569).

Стабилизатор содержит регулирующий транзистор, эмиттером подключенный к входному выводу, а коллектором - к выходному выводу, усилитель постоянного тока (УПТ) на транзисторе противоположного типа проводимости, коллектор которого соединен с базой регулирующего транзистора, при этом база второго транзистора соединена с выходом делителя выходного напряжения на четвертом и пятом резисторах, а эмиттер через стабилитрон - с выходным выводом и через первый резистор - с общим выводом, пусковую RC-цепь состоящую из последовательно соединенных конденсатора и третьего резистора, и подключенную параллельно регулирующему транзистору, кроме того, эмиттер транзистора защиты соединен с точкой соединения конденсатора и третьего резистора КС-цепи, коллектор - с общим входным выводом, база - с одним выводом второго резистора, другой вывод которого соединен с катодом диода, анод которого подключен к выходному выводу.

Недостатком данного устройства являются ограниченные функциональные возможности обусловленные:

низкой температурной стабильностью выходного напряжения (узким диапазоном рабочих температур) в случае широкого диапазона выходных напряжений;

узким диапазоном выходных напряжений при высокой температурной стабильности (широком диапазоне рабочих температур).

Раскрытие полезной модели

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели сводится к расширению функциональных возможностей обусловленных обеспечением высокой температурной стабильности выходного напряжения (широкого диапазона рабочих температур) при одновременном расширении диапазона выходных напряжений.

Технический результат достигается тем, что в стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий транзистор, эмиттером подключенный к входному выводу, а коллектором - к выходному выводу, усилитель постоянного тока (УПТ) на транзисторе противоположного типа проводимости, коллектор которого соединен с базой регулирующего транзистора, при этом база транзистора УПТ соединена с выходом делителя выходного напряжения выполненном на четвертом и пятом резисторах, подключенных к выходному выводу и общему выводу соответственно, а эмиттер соединен с катодом стабилитрона и через первый резистор - с общим выводом, пусковую RC-цепь состоящую из последовательно соединенных конденсатора и третьего резистора и подключенную параллельно регулирующему транзистору, кроме того, эмиттер транзистора защиты соединен с точкой соединения конденсатора и третьего резистора КС-цепи, коллектор - с общим входным выводом, база - с одним выводом второго резистора, другой вывод которого соединен с катодом диода, анод которого подключен к выходному выводу, введен второй стабилитрон однотипный первому, причем второй стабилитрон включен встречно первому стабилитрону, анодом к аноду первого стабилитрона, а катодом к коллектору регулирующего транзистора.

Краткое описание чертежа

На фиг. представлена функциональная схема стабилизатора постоянного напряжения.

Осуществление полезной модели

Стабилизатор постоянного напряжения содержит общий вывод 1, выходной вывод 2, первый и второй стабилитроны 3 и 9, регулирующий транзистор 4, входной вывод 5, резисторы 6 и 7 делителя выходного напряжения (четвертый и пятый резисторы), первый, второй и третий резисторы 8, 12 и 13, усилитель постоянного тока (УПТ) на транзисторе 10, имеющий противоположный тип проводимости, диод 11, конденсатор 14, транзистор 15 защиты.

Регулирующий транзистор 4, эмиттером подключен к входному выводу 5, а коллектором - к выходному выводу 2, коллектор транзистора 10 соединен с базой регулирующего транзистора 4, при этом база транзистора 10 соединена с выходом делителя выходного напряжения выполненном на четвертом и пятом резисторах 6 и 7, подключенных к выходному выводу 2 и общему выводу 1 соответственно, а эмиттер соединен с катодом стабилитрона 9 и через первый резистор 8 - с общим выводом 1, пусковая RC-цепь состоит из последовательно соединенных конденсатора 14 и третьего резистора 13 и подключена параллельно регулирующему транзистору 4, эмиттер транзистора 15 защиты соединен с точкой соединения конденсатора 14 и третьего резистора 13 RC-цепи, коллектор - с общим входным выводом 1, база - с одним выводом второго 12 резистора, другой вывод которого соединен с катодом диода 11, анод которого подключен к выходному выводу 2, анод первого стабилитрона 9 соединен с анодом второго стабилитрона 3, катод которого подключен к коллектору регулирующего транзистора 4.

Стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом.

При подаче напряжения на вход стабилизатора ток, проходящий через конденсатор 14 и резистор 13, создает отпирающее напряжение на базе транзистора 10, что приводит к открыванию транзисторов 4 и 10. После достижения выходным напряжением своего номинального значения, стабилизатор переходит в рабочий режим.

В рабочем режиме ток коллектора транзистора 10 протекает через базу регулирующего транзистора 4, обеспечивая необходимый ток нагрузки. При коротком замыкании на выходе, на базу транзистора 10 подается отпирающее напряжение смещения, растет ток эмиттера транзистора 10 и уменьшается ток опорного стабилитрона 9. Когда ток стабилитрона 9 уменьшится до нуля, стабилитрон 9 закрывается и дальше увеличение тока эмиттера становится невозможным, транзисторы 4 и 10 закрываются, а напряжение на выходе уменьшается до нуля.

Одновременно анод диода 11 соединяется с общим выводом 1, вследствие этого транзистор 15 открывается, а конденсатор 14 при этом шунтируется эмиттер-коллекторным переходом и разряжается до напряжения, равного падению напряжения на переходе. Это обеспечивает быстрый разряд конденсатора 14, и он оказывается готовым к повторному пуску. После устранения короткого замыкания стабилизатор автоматически запускается в рабочий режим. Процесс запуска стабилизатора протекает так же, как при подаче входного напряжения.

Открытое состояние транзистора 15 исключает возможность включения стабилизатора при короткозамкнутой нагрузке.

Таким образом, отпадает необходимость в дополнительном источнике питания, а так же, обеспечивается автоматическое возвращение стабилизатора в рабочий режим после устранения короткого замыкания на выходе, что позволяет использовать предлагаемый стабилизатор для электропитания устройств которые эксплуатируются на периферийных объектах без обслуживающего персонала.

В случае прототипа, приемлемая температурная стабильность выходного напряжения обеспечивается при использовании в качестве стабилитрона 9, стабилитрона с напряжением стабилизации близким к 6 В. Так как лишь в этом случае стабилитроны имеют температурный коэффициент напряжения стабилизации стремящийся к нулю (см. П. Хоровиц, У. Хилл. «Искусство схемотехники», М.: Мир, 1998 г., с. 350). Соответственно, в силу критичности выбора величины сопротивления резистора 8, выходное напряжение стабилизатора может принимать значение незначительно превышающее 6 В. При других напряжениях стабилизации, значительный температурный коэффициент напряжения стабилизации приводит к ограничению диапазона рабочих температур устройства.

Использование в качестве стабилитрона 9 лавинного стабилитрона, то есть стабилитрона с напряжением стабилизации более 6 В, характеризуемого положительным коэффициентом напряжения стабилизации (см. П. Хоровиц, У. Хилл. «Искусство схемотехники», М.: Мир, 1998 г., с. 351), и стабилитрона 3, однотипного стабилитрону 9, но включенного ему встречно (в прямом направлении), а значит характеризуемого отрицательным коэффициентом напряжения стабилизации (см. Китаев В. Е., Бокуняев А.А., Колканов М.Ф. «Электропитание устройств связи», М.: Связь, 1975 г., с. 184), обеспечивает взаимную компенсацию коэффициентов напряжения стабилизации стабилитронов 3, 9, а значит и расширение диапазона рабочих температур устройства, что существенно расширяет функциональные возможности предлагаемого стабилизатора постоянного напряжения.

Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий транзистор, эмиттером подключенный к входному выводу, а коллектором - к выходному выводу, усилитель постоянного тока (УПТ) на транзисторе противоположного типа проводимости, коллектор которого соединен с базой регулирующего транзистора, при этом база транзистора УПТ соединена с выходом делителя выходного напряжения, выполненном на четвертом и пятом резисторах, подключенных к выходному выводу и общему выводу соответственно, а эмиттер соединен с катодом стабилитрона и через первый резистор - с общим выводом, пусковую RC-цепь, состоящую из последовательно соединенных конденсатора и третьего резистора и подключенную параллельно регулирующему транзистору, кроме того, эмиттер транзистора защиты соединен с точкой соединения конденсатора и третьего резистора RC-цепи, коллектор - с общим входным выводом, база - с одним выводом второго резистора, другой вывод которого соединен с катодом диода, анод которого подключен к выходному выводу, отличающийся тем, что в устройство введен второй стабилитрон, однотипный первому, причем второй стабилитрон включен встречно первому стабилитрону, анодом к аноду первого стабилитрона, а катодом к коллектору регулирующего транзистора.