RU161999U1

RU161999U1 - DC VOLTAGE STABILIZER

Info

Publication number: RU161999U1
Application number: RU2016100534/07U
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Бондарь; Мария Сергеевна Жаворонкова
Priority date: 2016-01-11
Filing date: 2016-01-11
Publication date: 2016-05-20

Abstract

Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий первый транзистор, база которого подключена через первый резистор к его коллектору, являющемуся входом устройства, и коллектору второго транзистора, эмиттер которого подключен к катоду первого стабилитрона и через второй резистор к эмиттеру первого транзистора, а также базе второго транзистора, являющейся выходом устройства, отличающийся тем, что в устройство введен второй стабилитрон, однотипный первому стабилитрону, причем второй стабилитрон включен встречно первому стабилитрону, анодом к аноду первого стабилитрона, а катодом к общему проводу.A DC voltage stabilizer containing a first transistor, the base of which is connected through the first resistor to its collector, which is the input of the device, and to the collector of the second transistor, the emitter of which is connected to the cathode of the first zener diode and through the second resistor to the emitter of the first transistor, as well as the base of the second transistor, which is the output of the device, characterized in that a second zener diode is introduced into the device, of the same type as the first zener diode, and the second zener diode is turned on counter to the first zener diode, but home to the anode of the first zener diode and the cathode to ground.

Description

Область техники, к которой относится полезная модельThe technical field to which the utility model relates.

Полезная модель относится к области радиоэлектронной техники и может быть использована при разработке и изготовлении различных вторичных источников электропитания, содержащих в качестве стабилизирующего устройства линейный аналоговый стабилизатор напряжения компенсационного типа с фиксированным значением выходного напряжения.The utility model relates to the field of electronic equipment and can be used in the design and manufacture of various secondary power supplies containing, as a stabilizing device, a linear analog compensated voltage regulator with a fixed value of the output voltage.

Уровень техникиState of the art

Известен стабилизатор постоянного напряжения содержащий транзистор, коллектор которого является входом устройства, эмиттер является выходом устройства, база через первый резистор подключена к его коллектору и коллектору второго транзистора, эмиттер которого подключен через стабилитрон к общему проводу и через второй резистор к эмиттеру первого транзистора, база подключена к средней точке резисторного делителя напряжения, подключенного между эмиттером первого транзистора и общим проводом (У. Титце, К. Шенк. Полупроводниковая схемотехника. Под ред. А.Г. Алексенко, М., «Мир», 1982 г., стр. 257 рис. 16.5)Known DC stabilizer containing a transistor, the collector of which is the input of the device, the emitter is the output of the device, the base through the first resistor is connected to its collector and the collector of the second transistor, the emitter of which is connected through a zener diode to a common wire and through the second resistor to the emitter of the first transistor, the base is connected to the midpoint of the resistor voltage divider connected between the emitter of the first transistor and the common wire (W. Titze, K. Schenk. Semiconductor circuit nick. Ed. AG Alexenko, M., "Mir", 1982, p. 257 Fig. 16.5)

К недостаткам известного стабилизатора напряжения можно отнести его сложность и зависимость его параметров, а именно, коэффициента стабилизации и стабильности выходного напряжения от параметров коэффициента передачи резистивного делителя напряжения.The disadvantages of the known voltage stabilizer include its complexity and the dependence of its parameters, namely, the stabilization coefficient and stability of the output voltage from the transmission coefficient parameters of the resistive voltage divider.

Недостатками данного устройства являются ограниченные функциональные возможности обусловленные:The disadvantages of this device are limited functionality due to:

зависимостью его параметров, а именно, коэффициента стабилизации и стабильности выходного напряжения от параметров коэффициента передачи резистивного делителя напряжения;the dependence of its parameters, namely, the stabilization coefficient and stability of the output voltage from the parameters of the transmission coefficient of the resistive voltage divider;

низкой температурной стабильностью выходного напряжения (узким диапазоном рабочих температур) в случае широкого диапазона выходных напряжений;low temperature stability of the output voltage (narrow range of operating temperatures) in the case of a wide range of output voltages;

узким диапазоном выходных напряжений при высокой температурной стабильности (широком диапазоне рабочих температур).a narrow range of output voltages at high temperature stability (a wide range of operating temperatures).

Наиболее близким аналогом-прототипом к заявляемому техническому решению является стабилизатор постоянного напряжения (патент RU №2313819, МПК: G05F 1/56).The closest analogue prototype to the claimed technical solution is a constant voltage stabilizer (patent RU No. 2313819, IPC: G05F 1/56).

Стабилизатор постоянного напряжения содержит первый транзистор, база которого подключена через первый резистор к его коллектору, являющемуся входом устройства, и коллектору второго транзистора, эмиттер которого подключен через стабилитрон к общему проводу и через второй резистор к эмиттеру первого транзистора, а так же базе второго транзистора, являющейся выходом устройства.The DC voltage stabilizer contains a first transistor, the base of which is connected through the first resistor to its collector, which is the input of the device, and to the collector of the second transistor, the emitter of which is connected through a zener diode to the common wire and through the second resistor to the emitter of the first transistor, as well as the base of the second transistor, which is the output of the device.

Недостатком данного устройства являются ограниченные функциональные возможности обусловленные:The disadvantage of this device is the limited functionality due to:

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

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.The technical result that can be achieved using the proposed utility model is to expand the functionality due to the high temperature stability of the output voltage (wide range of operating temperatures) while expanding the range of output voltages.

Технический результат достигается тем, что в стабилизатор постоянного напряжения, содержащий первый транзистор, база которого подключена через первый резистор к его коллектору, являющемуся входом устройства, и коллектору второго транзистора, эмиттер которого подключен к катоду первого стабилитрона и через второй резистор к эмиттеру первого транзистора, а так же базе второго транзистора, являющейся выходом устройства, введен второй стабилитрон, однотипный первому стабилитрону, причем второй стабилитрон включен встречно первому стабилитрону, анодом к аноду первого стабилитрона, а катодом к общему проводу.The technical result is achieved by the fact that in the DC voltage stabilizer containing the first transistor, the base of which is connected through the first resistor to its collector, which is the input of the device, and the collector of the second transistor, the emitter of which is connected to the cathode of the first zener diode and through the second resistor to the emitter of the first transistor, as well as the base of the second transistor, which is the output of the device, a second zener diode is introduced, the same type of the first zener diode, and the second zener diode is turned on counter to the first stub intron, the anode to the anode of the first zener diode and the cathode to ground.

Краткое описание чертежаBrief Description of the Drawing

На фиг. представлена функциональная схема стабилизатора постоянного напряжения.In FIG. Functional diagram of a DC voltage stabilizer is presented.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

Стабилизатор постоянного напряжения содержит первый транзистор 1, первый резистор 2, второй транзистор 3, второй резистор 4, однотипные стабилитроны 5 и 6.The DC voltage stabilizer contains a first transistor 1, a first resistor 2, a second transistor 3, a second resistor 4, the same type of zener diodes 5 and 6.

База первого транзистора 1 подключена через первый резистор 2 к коллектору первого транзистора 1, являющемуся входом устройства, и коллектору второго транзистора 3, эмиттер которого через встречно включенные, анодом к аноду, однотипные стабилитроны 5 и 6 подключен к общему проводу, и через второй резистор 4 к эмиттеру первого транзистора 1, а так же базе второго транзистора 3, являющейся выходом устройства.The base of the first transistor 1 is connected through the first resistor 2 to the collector of the first transistor 1, which is the input of the device, and the collector of the second transistor 3, the emitter of which is the same type of zener diodes 5 and 6 connected to a common wire, and through the second resistor 4 to the emitter of the first transistor 1, as well as the base of the second transistor 3, which is the output of the device.

Стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом.The DC voltage stabilizer operates as follows.

Постоянное входное напряжение подается относительно общего провода на коллектор первого транзистора 1, режим работы по постоянному току которого определяется величиной его базового тока, вытекающего из первого резистора 2 и разветвляющегося в базу первого транзистора 1 и коллектор второго транзистора 3, являющегося усилителем сигнала ошибки. Величина тока коллектора второго транзистора 3, «отбираемого» от тока базы первого транзистора 1, определяется разницей между опорным напряжением, формируемым стабилитронами 5, 6, включенным в эмиттерную цепь второго транзистора 3, и напряжением, подаваемым на его базу.A constant input voltage is supplied relative to the common wire to the collector of the first transistor 1, the direct current operation of which is determined by the value of its base current flowing from the first resistor 2 and branching into the base of the first transistor 1 and the collector of the second transistor 3, which is an error signal amplifier. The magnitude of the collector current of the second transistor 3, "taken" from the base current of the first transistor 1, is determined by the difference between the reference voltage generated by the zener diodes 5, 6, included in the emitter circuit of the second transistor 3, and the voltage supplied to its base.

Таким образом, на выходе стабилизатора поддерживается постоянный уровень напряжения, определяемый равенством напряжений: с одной стороны, напряжения на базе второго транзистора 3, с другой стороны, напряжения стабилитрона 5 плюс напряжение прямосмещенных переходов стабилитрона 6 и база-эмиттер второго транзистора 3.Thus, at the output of the stabilizer, a constant voltage level is maintained, determined by the equality of voltages: on the one hand, the voltage on the basis of the second transistor 3, on the other hand, the voltage of the zener diode 5 plus the voltage of the biased transitions of the zener diode 6 and the base-emitter of the second transistor 3.

В случае уменьшения выходного напряжения стабилизатора по причине воздействия произвольного фактора уменьшается напряжение на базе второго транзистора 3. Так как величина напряжения опорного источника на стабилитроне 5 и величина напряжения прямосмещеннных переходов стабилитрона 6 и база-эмиттер второго транзистора 3, в известной степени, являются величиной постоянной, то уменьшение напряжения на базе транзистора 3 приводит к уменьшению его базового тока и обусловливает его подзапирание, т.е. уменьшение тока коллектора, что в свою очередь приводит к перераспределению тока, управляющего первым транзистором 1 (тока, протекающего через первый резистор 2), а именно увеличению части тока, втекающего в базу первого транзистора 1, и уменьшению части тока, втекающего в коллектор второго транзистора 3. Это приводит к большему отпиранию первого транзистора 1, т.е. уменьшению сопротивления участка коллектор-эмиттер, а это приводит к возрастанию потенциала эмиттера первого транзистора 1, т.е. увеличению выходного напряжения стабилизатора.In the case of a decrease in the output voltage of the stabilizer due to the influence of an arbitrary factor, the voltage at the base of the second transistor 3 decreases. Since the voltage of the reference source on the Zener diode 5 and the voltage of the forward-biased transitions of the Zener diode 6 and the base-emitter of the second transistor 3 are, to a certain extent, a constant value , then a decrease in voltage at the base of transistor 3 leads to a decrease in its base current and causes its blocking, i.e. a decrease in the collector current, which in turn leads to a redistribution of the current controlling the first transistor 1 (current flowing through the first resistor 2), namely, an increase in the part of the current flowing into the base of the first transistor 1 and a decrease in the part of the current flowing into the collector of the second transistor 3. This leads to a greater unlocking of the first transistor 1, i.e. a decrease in the resistance of the collector-emitter section, and this leads to an increase in the emitter potential of the first transistor 1, i.e. increase the output voltage of the stabilizer.

В случае увеличения выходного напряжения баланс равенства выше указанных напряжений вновь нарушается, но процесс в этом случае противоположен описанному и приводит к обратному изменению состояния первого транзистора 1, что обусловливает уменьшение напряжения на выходе стабилизатора. Таким образом, за счет организованной обратной связи на выходе поддерживается постоянная величина выходного напряжения.In the case of increasing the output voltage, the balance of equality above the indicated voltages is again violated, but the process in this case is the opposite of that described and leads to an inverse change in the state of the first transistor 1, which causes a decrease in the voltage at the output of the stabilizer. Thus, due to the organized feedback at the output, a constant value of the output voltage is maintained.

В случае прототипа, приемлемая температурная стабильность выходного напряжения обеспечивается при использовании в качестве стабилитрона 5, 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 4, выходное напряжение стабилизатора может принимать значение незначительно отличающееся от 6 В. При других напряжениях стабилизации, значительный температурный коэффициент напряжения стабилизации приводит к ограничению диапазона рабочих температур устройства.In the case of the prototype, acceptable temperature stability of the output voltage is ensured when using a zener diode 5, a zener diode with a stabilization voltage close to 6 V. Since only in this case the zener diodes have a temperature coefficient of stabilization voltage tending to zero (see P. Horowitz, U. Hill. "The Art of Circuit Engineering", Moscow: Mir, 1998, p. 350). Accordingly, due to the criticality of the choice of the resistance value of the resistor 4, the output voltage of the stabilizer can take a value slightly different from 6 V. At other stabilization voltages, a significant temperature coefficient of the stabilization voltage limits the range of operating temperatures of the device.

Использование в качестве стабилитрона 5 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 6, однотипного стабилитрону 5, 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 5, 6, а значит и расширение диапазона рабочих температур устройства, что существенно расширяет функциональные возможности предлагаемого стабилизатора постоянного напряжения.The use of an avalanche zener diode 5 as a zener diode, that is, a zener diode with a stabilization voltage of more than 6 V, characterized by a positive coefficient of stabilization voltage (see P. Horowitz, W. Hill. "The Art of Circuit Engineering", Moscow: Mir, 1998, p. 351), and Zener diode 6, of the same type as Zener diode 5, but turned on in the opposite direction (in the forward direction), and therefore characterized by a negative coefficient of stabilization voltage (see Kitaev V.E., Bokunyaev A.A., Kolkanov M.F. communication devices ", M .: Communication, 1975, S. 184), providing Vaeth mutual compensation voltage stabilizing zener coefficients is 5, 6, and thus expanding the range of the device operating temperature, which significantly extends the functionality of the proposed DC voltage stabilizer.

Claims

A DC voltage stabilizer containing a first transistor, the base of which is connected through the first resistor to its collector, which is the input of the device, and to the collector of the second transistor, the emitter of which is connected to the cathode of the first zener diode and through the second resistor to the emitter of the first transistor, as well as the base of the second transistor, which is the output of the device, characterized in that the second zener diode is introduced into the device, of the same type as the first zener diode, and the second zener diode is turned on counter to the first zener diode, but home to the anode of the first zener diode and the cathode to ground.