RU165163U1

RU165163U1 - DC VOLTAGE STABILIZER

Info

Publication number: RU165163U1
Application number: RU2015157223/08U
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Бондарь; Мария Сергеевна Жаворонкова
Priority date: 2015-12-29
Filing date: 2015-12-29
Publication date: 2016-10-10

Abstract

Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий: регулирующий транзистор, подключенный эмиттером к входному, а коллектором - к выходному выводам; усилительный транзистор противоположного типа проводимости, коллектор которого соединен с базой регулирующего транзистора, база - с выходом делителя выходного напряжения, выполненным на первом и втором резисторах, а эмиттер - с анодом первого стабилитрона и первым выводом резистора делителя опорного напряжения, второй вывод которого соединен с общим выводом, причем делитель выходного напряжения, делитель опорного напряжения и нагрузка подключены параллельно выходным выводам; пусковой узел, состоящий из стабилитрона, резистора, диода и конденсатора, при этом катод стабилитрона пускового узла подключен к входному выводу стабилизатора, а анод стабилитрона соединен с первым выводом резистора пускового узла, другой вывод которого соединен с анодом диода пускового узла, катодом, подключенным к выходному выводу, а точка соединения резистора и диода через конденсатор пускового узла подключена к базе усилительного транзистора, отличающийся тем, что в устройство введен второй стабилитрон делителя опорного напряжения, причем второй стабилитрон однотипный первому стабилитрону и включен встречно первому стабилитрону, катодом к катоду первого стабилитрона, а анодом к выходному выводу.A DC voltage stabilizer, comprising: a control transistor connected by an emitter to an input terminal and a collector to output terminals; an amplifying transistor of the opposite type of conductivity, the collector of which is connected to the base of the regulating transistor, the base - with the output of the output voltage divider, made on the first and second resistors, and the emitter - with the anode of the first zener diode and the first output of the resistor of the reference voltage divider, the second terminal of which is connected to the common output, and the output voltage divider, the reference voltage divider and the load are connected in parallel to the output terminals; the starting node, consisting of a zener diode, resistor, diode and capacitor, while the cathode of the zener diode of the starting node is connected to the input terminal of the stabilizer, and the anode of the zener diode is connected to the first output of the resistor of the starting node, the other terminal of which is connected to the anode of the diode of the starting node, the cathode connected to output terminal, and the connection point of the resistor and the diode through the capacitor of the starting unit is connected to the base of the amplifying transistor, characterized in that the second zener diode of the reference voltage divider is introduced into the device I, and the second zener diode is the same type as the first zener diode and is turned on counter to the first zener diode, the cathode to the cathode of the first zener diode, and the anode to the output terminal.

Description

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

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры.The utility model relates to electrical engineering and can be used in sources of secondary power supply of electronic equipment.

Уровень техникиState of the art

Известен стабилизатор постоянного напряжения, содержащий: регулирующий транзистор; усилительный транзистор, транзистор защиты, первый и второй стабилитроны, первый и второй диоды; конденсатор; два резистора делителя выходного напряжения; резистор опорного делителя; балластный резистор; резистор связи, токозадающий резистор; нагрузку (авт. свид. SU 1272325, МКИ: G05F 1/569)Known DC voltage stabilizer, comprising: a control transistor; amplifier transistor, protection transistor, first and second zener diodes, first and second diodes; capacitor; two resistors of the output voltage divider; reference divider resistor; ballast resistor; communication resistor; current setting resistor; load (author certificate SU 1272325, MKI: G05F 1/569)

Недостатками данного устройства являются большое количество элементов, выполняющих только функции запуска, что приводит как к дополнительным затратам времени, так и к снижению надежности устройства, а также ограниченные функциональные возможности обусловленные:The disadvantages of this device are a large number of elements that perform only the launch function, which leads to both additional time costs and to a decrease in the reliability of the device, as well as limited functionality due to:

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 №2463639, МПК: G05F 1/569).The closest analogue is the prototype of the claimed technical solution is a constant voltage stabilizer (patent RU No. 2463639, IPC: G05F 1/569).

Стабилизатор постоянного напряжения содержит: регулирующий транзистор, подключенный эмиттером к входному, а коллектором - к выходному выводам; усилительный транзистор противоположного типа проводимости, коллектор которого соединен с базой регулирующего транзистора, база - с выходом делителя выходного напряжения выполненном на первом и втором резисторах, эмиттер через стабилитрон делителя опорного напряжения соединен с выходным выводом, а через резистор делителя опорного напряжения - с общим выводом, причем делитель выходного напряжения, делитель опорного напряжения и нагрузка подключены параллельно выходным выводам; пусковой узел, состоящий из стабилитрона, резистора, диода и конденсатора, при этом катод стабилитрона пускового узла подключен к входному выводу стабилизатора, а анод стабилитрона соединен с первым выводом резистора пускового узла, другой вывод которого соединен с анодом диода пускового узла, катодом подключенным к выходному выводу, а точка соединения резистора и диода через конденсатор диода пускового узла подключена к базе усилительного транзистора.The DC voltage stabilizer contains: a regulating transistor connected by an emitter to the input, and a collector to the output terminals; an amplifying transistor of the opposite type of conductivity, the collector of which is connected to the base of the regulating transistor, the base is connected to the output of the output voltage divider made on the first and second resistors, the emitter is connected to the output terminal through the zener diode of the reference voltage divider, and to the common output through the resistor of the reference voltage divider, moreover, the output voltage divider, the reference voltage divider and the load are connected in parallel with the output terminals; the starting node, consisting of a zener diode, resistor, diode and capacitor, while the cathode of the zener diode of the starting node is connected to the input terminal of the stabilizer, and the anode of the zener diode is connected to the first output of the resistor of the starting node, the other terminal of which is connected to the anode of the diode of the starting node, the cathode connected to the output conclusion, and the connection point of the resistor and the diode through the capacitor of the diode of the starting node is connected to the base of the amplifying transistor.

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 диапазона рабочих температур устройства и расширению диапазона выходных напряжений.The technical result that can be achieved using the proposed utility model is to expand the range of operating temperatures of the device and expand the range of output voltages.

Технический результат достигается тем, что в стабилизатор постоянного напряжения, содержащий: регулирующий транзистор, подключенный эмиттером к входному, а коллектором - к выходному выводам; усилительный транзистор противоположного типа проводимости, коллектор которого соединен с базой регулирующего транзистора, база - с выходом делителя выходного напряжения выполненном на первом и втором резисторах, а эмиттер - с анодом первого стабилитрона и первым выводом резистора делителя опорного напряжения, второй вывод которого соединен с общим выводом, причем делитель выходного напряжения, делитель опорного напряжения и нагрузка подключены параллельно выходным выводам; пусковой узел, состоящий из стабилитрона, резистора, диода и конденсатора, при этом катод стабилитрона пускового узла подключен к входному выводу стабилизатора, а анод стабилитрона соединен с первым выводом резистора пускового узла, другой вывод которого соединен с анодом диода пускового узла, катодом подключенным к выходному выводу, а точка соединения резистора и диода через конденсатор пускового узла подключена к базе усилительного транзистора, введен второй стабилитрон делителя опорного напряжения однотипный первому, причем второй стабилитрон включен встречно первому стабилитрону, катодом к катоду первого стабилитрона, а анодом к выходному выводу.The technical result is achieved by the fact that in a DC voltage stabilizer, comprising: a regulating transistor connected by an emitter to the input, and a collector to the output terminals; an amplifying transistor of the opposite type of conductivity, the collector of which is connected to the base of the regulating transistor, the base - with the output of the output voltage divider made on the first and second resistors, and the emitter - with the anode of the first zener diode and the first output of the resistor of the reference voltage divider, the second output of which is connected to the common output moreover, the output voltage divider, the reference voltage divider and the load are connected in parallel with the output terminals; the starting node, consisting of a zener diode, resistor, diode and capacitor, while the cathode of the zener diode of the starting node is connected to the input terminal of the stabilizer, and the anode of the zener diode is connected to the first output of the resistor of the starting node, the other terminal of which is connected to the anode of the diode of the starting node, the cathode connected to the output the conclusion, and the connection point of the resistor and the diode through the capacitor of the starting unit is connected to the base of the amplifying transistor, the second zener diode of the reference voltage divider is introduced, the first of the same type, the second the zener diode is turned on counter to the first zener diode, the cathode to the cathode of the first zener diode, and the anode to the output terminal.

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 регулирующий транзистор 1, усилительный транзистор 2 противоположного типа проводимости, резисторы 3 и 4 делителя выходного напряжения, однотипные стабилитроны 5 и 12, и резистор 6 делителя опорного напряжения, стабилитрон 7, диод 8, конденсатор 9 и резистор 10 пускового узла, нагрузку 11.The DC voltage stabilizer contains a regulating transistor 1, an amplifying transistor 2 of the opposite type of conductivity, resistors 3 and 4 of the output voltage divider, the same zener diodes 5 and 12, and a resistor 6 of the reference voltage divider, zener diode 7, diode 8, capacitor 9 and resistor 10 of the starting unit, load 11.

Регулирующий транзистор 1 подключен эмиттером к входному, коллектором - к выходному выводам, а базой к коллектору усилительного транзистора 2, база которого соединена с выходом делителя выходного напряжения на резисторах 3 и 4, эмиттер транзистора 2 через встречно включенные однотипные стабилитроны 5 и 12 делителя опорного напряжения соединен с выходным выводом, а через резистор делителя опорного напряжения 6 - с общим выводом, причем делитель выходного напряжения, делитель опорного напряжения и нагрузка 11 подключены параллельно выходным выводам, катод стабилитрона 7 подключен к входному выводу стабилизатора, анод стабилитрона 7 соединен с первым выводом резистора 10, другой вывод которого соединен с анодом диода 8, катодом подключенным к выходному выводу, а точка соединения резистора 10 и диода 8 через конденсатор 9 подключена к базе усилительного транзистора 2.The control transistor 1 is connected by the emitter to the input, the collector to the output terminals, and the base to the collector of the amplifying transistor 2, the base of which is connected to the output of the output voltage divider on resistors 3 and 4, the emitter of the transistor 2 through counterclockwise connected zener diodes 5 and 12 of the reference voltage divider connected to the output terminal, and through the resistor of the reference voltage divider 6 - with a common output, and the output voltage divider, reference voltage divider and load 11 are connected in parallel with the output water, the cathode of the zener diode 7 is connected to the input terminal of the stabilizer, the anode of the zener diode 7 is connected to the first terminal of the resistor 10, the other terminal of which is connected to the anode of the diode 8, the cathode is connected to the output terminal, and the connection point of the resistor 10 and diode 8 through the capacitor 9 is connected to the base amplifier transistor 2.

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

При подаче напряжения на вход стабилизатора в первый момент регулирующий транзистор 1 закрыт, и все напряжение прикладывается к участку коллектор-эмиттер транзистора 1. Это приводит к пробою стабилитрона 7. При этом часть пускового тока протекает через диод 8 и нагрузку 11, другая часть тока протекает через конденсатор 9, в базу усилительного транзистора 2, это создает условия для открывания транзистора 2, а затем и транзистора 1 в связи с появлением тока в его базовой цепи, это вызывает нарастание выходного напряжения стабилизатора. При достижении выходным напряжением значения, определяемого делителем выходного напряжения, выполненного на резисторах 3 и 4, транзисторы 1 и 2 входят в режим стабилизации выходного напряжения и его рост прекращается. При этом регулирующий транзистор 1 своим эмиттерно-коллекторным переходом шунтирует цепь запуска (стабилитрон 7, резистор 10 и диод 8), а так как при открытом транзисторе 1 напряжение на эмиттерно-коллекторном переходе недостаточно для пробоя стабилитрона 7, то стабилитрон 7 закрывается, а диод 8 подпирается выходным напряжением стабилизатора, и цепь протекания тока разрывается. Поэтому в нормальном режиме работы стабилитрон 7 заперт, и пусковой узел не оказывает влияния на работу стабилизатора. Стабилитрон 7 должен быть выбран с напряжением пробоя несколько большим, чем предельно возможное в эксплуатации падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора 1, тогда он будет заперт и цепь протекания тока будет разорвана.When voltage is applied to the input of the stabilizer, at the first moment the control transistor 1 is closed, and all the voltage is applied to the collector-emitter section of the transistor 1. This leads to a breakdown of the zener diode 7. In this case, part of the starting current flows through diode 8 and load 11, and another part of the current flows through the capacitor 9, into the base of the amplifying transistor 2, this creates the conditions for opening the transistor 2, and then the transistor 1 in connection with the appearance of current in its base circuit, this causes an increase in the output voltage of the stabilizer. When the output voltage reaches the value determined by the divider of the output voltage made on resistors 3 and 4, transistors 1 and 2 enter the stabilization mode of the output voltage and its growth stops. In this case, the regulating transistor 1 by its emitter-collector junction shunts the start circuit (zener diode 7, resistor 10 and diode 8), and since the voltage at the emitter-junction junction 1 is not enough for the zener diode 7 to breakdown, the zener diode 7 closes, and the diode 8 is supported by the output voltage of the stabilizer, and the current flow circuit is broken. Therefore, in normal operation, the zener diode 7 is locked, and the starting unit does not affect the operation of the stabilizer. Zener diode 7 must be selected with a breakdown voltage slightly larger than the maximum possible voltage drop at the collector-emitter junction of transistor 1, then it will be locked and the current flow circuit will be broken.

При коротком замыкании на выходе стабилизатора и срабатывании токовой самозащиты транзисторы 1 и 2 закрываются, выходное напряжение уменьшается до нуля, а катод диода 8 соединяется с общим выводом, при этом пусковая цепь (стабилитрон 7, резистор 10 и диод 8) оказывается подключенной к входу стабилизатора, что приводит к пробою стабилитрона 7, так как входное напряжение больше напряжения пробоя стабилитрона 7 и в пусковой цепи протекает ток, а конденсатор 9 при этом шунтируется диодом 8 и разряжается до напряжения, равного прямому падению напряжения на диоде 8. Это обеспечивает быстрый разряд конденсатора 9, и он оказывается готовым к повторному пуску. Конденсатор 9 обеспечивает необходимый для надежного запуска стабилизатора ток базы усилительного транзистора 2.In the event of a short circuit at the output of the stabilizer and the operation of the current self-protection, transistors 1 and 2 close, the output voltage decreases to zero, and the cathode of diode 8 is connected to the common output, while the starting circuit (zener diode 7, resistor 10 and diode 8) is connected to the input of the stabilizer , which leads to a breakdown of the zener diode 7, since the input voltage is greater than the breakdown voltage of the zener diode 7 and current flows in the starting circuit, and the capacitor 9 is shunted by the diode 8 and discharged to a voltage equal to a direct voltage drop Nia diode 8. This provides a fast discharge of the capacitor 9, and it is ready to restart. The capacitor 9 provides the base current of the amplifier transistor 2 necessary for a reliable start of the stabilizer.

После устранения короткого замыкания на выходе стабилизатора диод 8 возвращается в свое первоначальное состояние, и стабилизатор автоматически запускается, как и при подаче входного напряжения.After eliminating the short circuit at the output of the stabilizer, the diode 8 returns to its original state, and the stabilizer automatically starts, as when applying the input voltage.

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 6, 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.In the case of the prototype, an 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, W. 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 6, the output voltage of the stabilizer can take a value slightly greater than 6 V. At other stabilization voltages, a significant temperature coefficient of the stabilization voltage leads to a limitation of the operating temperature range 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 12, 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, 12, а значит и расширение диапазона рабочих температур устройства.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 12, 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 stabilization voltage coefficient (see Kitaev V.E., Bokunyaev A.A., Kolkanov MF “Power supply communication devices ", M .: Communication, 1975, S. 184), providing Mutual compensation of the stabilization voltage coefficients of the zener diodes 5, 12, and hence the expansion of the operating temperature range of the device.

Claims

A DC voltage stabilizer, comprising: a control transistor connected by an emitter to an input terminal and a collector to output terminals; an amplifying transistor of the opposite type of conductivity, the collector of which is connected to the base of the regulating transistor, the base - with the output of the output voltage divider, made on the first and second resistors, and the emitter - with the anode of the first zener diode and the first output of the resistor of the reference voltage divider, the second terminal of which is connected to the common output, and the output voltage divider, the reference voltage divider and the load are connected in parallel to the output terminals; the starting node, consisting of a zener diode, resistor, diode and capacitor, while the cathode of the zener diode of the starting node is connected to the input terminal of the stabilizer, and the anode of the zener diode is connected to the first output of the resistor of the starting node, the other terminal of which is connected to the anode of the diode of the starting node, the cathode connected to output terminal, and the connection point of the resistor and the diode through the capacitor of the starting unit is connected to the base of the amplifying transistor, characterized in that the second zener diode of the reference voltage divider is introduced into the device I, and the second zener diode is the same type as the first zener diode and is turned on counter to the first zener diode, the cathode to the cathode of the first zener diode, and the anode to the output terminal.