RU2772113C1 - Компенсационный стабилизатор напряжения - Google Patents
Компенсационный стабилизатор напряжения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2772113C1 RU2772113C1 RU2021138518A RU2021138518A RU2772113C1 RU 2772113 C1 RU2772113 C1 RU 2772113C1 RU 2021138518 A RU2021138518 A RU 2021138518A RU 2021138518 A RU2021138518 A RU 2021138518A RU 2772113 C1 RU2772113 C1 RU 2772113C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- npn type
- bipolar transistor
- emitter
- field
- transistor
- Prior art date
Links
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 title abstract description 13
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 10
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 7
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 230000000368 destabilizing Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве стабилизатора напряжения постоянного тока. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей. Компенсационный стабилизатор напряжения содержит: три резистора, полевой транзистор с р-n-переходом и р-каналом, три биполярных транзистора n-p-n типа, стабилитрон и диод. 5 ил., 1 табл.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве стабилизатора напряжения постоянного тока.
Уровень техники
Известен стабилизатор постоянного напряжения (патент RU № 2313819, МПК G05F 1/56), содержащий первый транзистор, первый резистор, второй транзистор, второй резистор, стабилитрон. База первого транзистора 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, база второго транзистора подключена к эмиттеру первого транзистора, являющегося выходом устройства.
Недостатком данного устройства являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные:
- низким коэффициентом стабилизации по напряжению;
- низким температурным коэффициентом напряжения.
Наиболее близким аналогом-прототипом к заявляемому техническому решению является компенсационный стабилизатор напряжения (патент RU № 2394266, МПК G05F 1/56).
Компенсационный стабилизатор напряжения содержит: три резистора; полевой транзистор с р-n-переходом и р-каналом; три биполярных транзистора n-p-n типа; стабилитрон, причем первый резистор подключен первым выводом к шине питания, а вторым выводом - к истоку полевого транзистора с р-n-переходом и р-каналом; второй резистор подключен вторым выводом к общей шине, а первым выводом - к базе первого биполярного транзистора n-p-n типа и аноду стабилитрона; третий резистор подключен первым выводом к шине питания, а вторым выводом - к затвору полевого транзистора с р-n-переходом и р-каналом и коллектору второго биполярного транзистора n-p-n типа; сток полевого транзистора с р-n-переходом и р-каналом подключен к базе второго биполярного транзистора n-p-n типа и коллектору первого биполярного транзистора n-p-n типа; эмиттер первого биполярного транзистора n-p-n типа подключен к общей шине; эмиттер второго биполярного транзистора n-p-n типа подключен к базе третьего биполярного транзистора n-p-n типа, коллектор которого подключен к шине питания, а эмиттер - к катоду стабилитрона и к выходной клемме.
Выражение (1) определяет нестабильность выходного напряжения прототипа по току нагрузки (знак минус говорит о том, что с ростом тока нагрузки выходное напряжение уменьшается):
где - дифференциальные сопротивления эмиттера первого биполярного транзистора n-p-n типа и стабилитрона соответственно;
и - коэффициенты передачи по току в схеме с общим эмиттером первого и третьего биполярных транзисторов n-p-n типа соответственно;
- коэффициент преобразования тока коллектора первого биполярного транзистора n-p-n типа в ток эмиттера второго биполярного транзистора n-p-n типа
- коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером второго биполярного транзистора n-p-n типа.
Условие (3) является условием настройки, при котором параметр обращается в бесконечность, а нестабильность (1) - в ноль.
Однако данное утверждение справедливо лишь в случае неизменности параметров входящих в выражения (1) и (3), а именно в случае неизменности температурного режима работы устройства.
На фиг. 1 представлены результаты схемотехнического моделирования - зависимость выходного напряжения стабилизатора при температуре 27°С, входном напряжении = 14 В и токе нагрузки [1; 110] мА.
На фиг. 2 представлены результаты схемотехнического моделирования - зависимость выходного напряжения стабилизатора от изменения температурного режима работы устройства (Т = 0, Т = 27, Т = 54, Т = 81), при входном напряжении и токе нагрузки [1; 110] мА.
Недостатком данного устройства являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные:
- низкой нестабильностью выходного напряжения;
- низким температурным коэффициентом напряжения.
Раскрытие изобретения
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к расширению функциональных возможностей.
Технический результат достигается тем, что в компенсационный стабилизатор напряжения, содержащий: три резистора; полевой транзистор с р-n-переходом и р-каналом; три биполярных транзистора n-p-n типа; стабилитрон, причем первый резистор подключен первым выводом к шине питания, а вторым выводом - к истоку полевого транзистора с р-n-переходом и р-каналом; второй резистор подключен вторым выводом к общей шине, а первым выводом - к базе первого биполярного транзистора n-p-n типа и аноду стабилитрона; третий резистор подключен первым выводом к шине питания, а вторым выводом - к затвору полевого транзистора с р-n-переходом и р-каналом и коллектору второго биполярного транзистора n-p-n типа; сток полевого транзистора с р-n-переходом и р-каналом подключен к базе второго биполярного транзистора n-p-n типа и коллектору первого биполярного транзистора n-p-n типа; эмиттер второго биполярного транзистора n-p-n типа подключен к базе третьего биполярного транзистора n-p-n типа, коллектор которого подключен к шине питания, а эмиттер - к катоду стабилитрона и к выходной клемме, введен диод, анод которого подключен к эмиттеру первого биполярного транзистора n-p-n типа, а катод - к общей шине.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлены результаты схемотехнического моделирования прототипа - зависимость выходного напряжения стабилизатора при температуре 27°С, входном напряжении = 14 В и токе нагрузки [1; 110] мА.
На фиг. 2 представлены результаты схемотехнического моделирования прототипа - зависимость выходного напряжения стабилизатора от изменения температурного режима работы устройства (Т = 0, Т = 27, Т = 54, Т = 81), при входном напряжении и токе нагрузки [1; 110] мА.
На фиг. 3 представлена функциональная схема заявляемого устройства.
На фиг. 4 представлены результаты схемотехнического моделирования заявляемого устройства - зависимость выходного напряжения стабилизатора при температуре 27°С, входном напряжении = 14 В и токе нагрузки [1; 110] мА.
На фиг. 5 представлены результаты схемотехнического моделирования заявляемого устройства - зависимость выходного напряжения стабилизатора от изменения температурного режима работы устройства (Т = 0, Т = 27, Т = 54, Т = 81), при входном напряжении и токе нагрузки [1; 110] мА.
Осуществление изобретения
Стабилизатор напряжения питания электронных схем, содержащий: резисторы 1, 2, 3; полевой транзистор 4 с р-n-переходом и р-каналом; биполярные транзисторы 5, 6, 7 n-p-n типа; стабилитроны 8; диод 9, причем резистор 1 подключен первым выводом к шине питания, а вторым выводом - к истоку полевого транзистора 4 с р-n-переходом и р-каналом; резистор 2 подключен вторым выводом к общей шине, а первым выводом - к базе биполярного транзистора 5 n-p-n типа и аноду стабилитрона 8; резистор 3 подключен первым выводом к шине питания, а вторым выводом - к затвору полевого транзистора 4 с р-n-переходом и р-каналом и коллектору биполярного транзистора 6 n-p-n типа; сток полевого транзистора 4 с р-n-переходом и р-каналом подключен к базе биполярного транзистора 6 n-p-n типа и коллектору биполярного транзистора 5 n-p-n типа; эмиттер биполярного транзистора 6 n-p-n типа подключен к базе биполярного транзистора 7 n-p-n типа, коллектор которого подключен к шине питания, а эмиттер - к катоду стабилитрона 8 и к выходной клемме; анод диода 9 подключен к эмиттеру биполярного транзистора 5 n-p-n типа, а катод - к общей шине.
Компенсационный стабилизатор напряжения работает следующим образом.
Выходное напряжение стабилизатора определяется суммой напряжений база-эмиттер биполярного транзистора 5 n-p-n типа, диода 9 и стабилитрона 8. Следовательно, приращение выходного напряжения dU вых, возникающее при воздействии дестабилизирующих факторов, определяется выражением (4):
где dU ст.8, dU д.9 и dU бэ.5 - приращения напряжений стабилитрона 8, диода 9 и база-эмиттер биполярного транзистора 5 n-p-n типа соответственно.
Приращения напряжений dU ст.8, dU д.9 и dU бэ.5 можно выразить через соответствующие приращения токов стабилитрона 8, диода 9 и эмиттера биполярного транзистора 5 n-p-n типа
и - соответственно, дифференциальное сопротивление и приращение тока эмиттера биполярного транзистора 5 n-p-n типа.
С учетом условия (6)
выражение (5) примет вид:
Ток стабилитрона 8 равен сумме тока резистора 2 и тока базы биполярного транзистора 5 n-p-n типа. Следовательно, приращение определится выражением:
R 2 - сопротивление резистора 2;
Ток эмиттера биполярного транзистора 7 n-p-n типа равен сумме токов нагрузки и стабилизатора 8. Следовательно, справедливо выражение
где и - приращения тока эмиттера биполярного транзистора 7 n-p-n типа и тока нагрузки соответственно.
- коэффициент преобразования тока коллектора биполярного транзистора 5 n-p-n типа в ток эмиттера биполярного транзистора 6 n-p-n типа
где и - приращения тока коллектора биполярного транзистора 5 n-p-n типа и тока эмиттера биполярного транзистора 6 n-p-n типа соответственно.
Для определения параметра K 6 учтем следующее:
Уравнение (13) запишем через приращения токов
Из выражений (12) и (14) можно выразить
Из выражений (8) ÷ (10) получим
Из выражений (7) и (8) получим
Полученное выражение (17) определяет нестабильность выходного напряжения заявляемого устройства по току нагрузки. Знак «минус» говорит о том, что с ростом тока нагрузки выходное напряжение уменьшается.
При соблюдении условия (18)
Что, как и в случае прототипа, возможно лишь при неизменности температурного режима работы устройства.
Однако введение в схему устройства диода 9, характеризуемого отрицательным температурным коэффициентом напряжения при одновременном использовании стабилитрона 8 с лавинным типом пробоя, характеризуемого положительным температурным коэффициентом напряжения (см. П. Хоровиц, У. Хилл. «Искусство схемотехники», М.: Мир, 1998 г., с. 351) при обратном включении, способствует как снижению нестабильности выходного напряжения по току нагрузки (фиг. 1, фиг. 4), так и в целом обеспечивает повышение температурного коэффициента напряжения (фиг. 2, фиг. 5).
Как показали результаты моделирования предлагаемого компенсационного стабилизатора напряжения в сравнении с прототипом (таблица), использование в составе схемы устройства диода 9 обеспечивает существенный выигрыш, в частности:
- по «Нестабильности выходного напряжения» в среднем в 2,225 раза;
- по «Температурному коэффициенту напряжения» в среднем в 6,694 раза.
Что позволяет сделать вывод, что предлагаемое устройство обладает более широкими функциональными возможностями в сравнении с прототипом.
Claims (1)
- Компенсационный стабилизатор напряжения, содержащий: три резистора; полевой транзистор с р-n-переходом и р-каналом; три биполярных транзистора n-p-n типа; стабилитрон, причем первый резистор подключен первым выводом к шине питания, а вторым выводом - к истоку полевого транзистора с р-n-переходом и р-каналом; второй резистор подключен вторым выводом к общей шине, а первым выводом - к базе первого биполярного транзистора n-p-n типа и аноду стабилитрона; третий резистор подключен первым выводом к шине питания, а вторым выводом - к затвору полевого транзистора с р-n-переходом и р-каналом и коллектору второго биполярного транзистора n-p-n типа; сток полевого транзистора с р-n-переходом и р-каналом подключен к базе второго биполярного транзистора n-p-n типа и коллектору первого биполярного транзистора n-p-n типа; эмиттер второго биполярного транзистора n-p-n типа подключен к базе третьего биполярного транзистора n-p-n типа, коллектор которого подключен к шине питания, а эмиттер - к катоду стабилитрона и к выходной клемме, отличающийся тем, что в устройство введен диод, анод которого подключен к эмиттеру первого биполярного транзистора n-p-n типа, а катод - к общей шине.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2772113C1 true RU2772113C1 (ru) | 2022-05-17 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2967991A (en) * | 1957-01-08 | 1961-01-10 | Rca Corp | Power supply |
SU930302A1 (ru) * | 1979-09-26 | 1982-05-23 | Предприятие П/Я Г-4598 | Стабилизатор посто нного напр жени |
RU2313819C1 (ru) * | 2006-05-24 | 2007-12-27 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") | Стабилизатор постоянного напряжения |
RU2394266C1 (ru) * | 2009-05-15 | 2010-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Компенсационный стабилизатор напряжения |
CN102354243B (zh) * | 2011-08-11 | 2014-03-12 | 中国科学院上海高等研究院 | 集成式线性稳压器 |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2967991A (en) * | 1957-01-08 | 1961-01-10 | Rca Corp | Power supply |
SU930302A1 (ru) * | 1979-09-26 | 1982-05-23 | Предприятие П/Я Г-4598 | Стабилизатор посто нного напр жени |
RU2313819C1 (ru) * | 2006-05-24 | 2007-12-27 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") | Стабилизатор постоянного напряжения |
RU2394266C1 (ru) * | 2009-05-15 | 2010-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Компенсационный стабилизатор напряжения |
CN102354243B (zh) * | 2011-08-11 | 2014-03-12 | 中国科学院上海高等研究院 | 集成式线性稳压器 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPWO2006016456A1 (ja) | 回路の保護方法、保護回路およびそれを利用した電源装置 | |
CN101101490A (zh) | 一种具有温度补偿的装置 | |
TWI403873B (zh) | 轉換輸入電壓至輸出電壓的電力調整器、電子系統及方法 | |
RU2394266C1 (ru) | Компенсационный стабилизатор напряжения | |
RU2755670C1 (ru) | Стабилизатор напряжения питания электронных схем | |
US3922596A (en) | Current regulator | |
RU2772113C1 (ru) | Компенсационный стабилизатор напряжения | |
CN112462835B (zh) | 低压线性稳压器 | |
RU2727713C1 (ru) | Стабилизатор напряжения питания электронных схем | |
CN103729012A (zh) | 一种耐高压电路及耐高压恒流源电路 | |
RU209200U1 (ru) | Стабилизатор постоянного напряжения | |
US20200356126A1 (en) | Regulator with reduced power consumption using clamp circuit | |
RU2771355C1 (ru) | Стабилизатор напряжения питания электронных схем | |
RU2775059C1 (ru) | Способ построения стабилизатора постоянного напряжения | |
RU2772574C1 (ru) | Стабилизатор напряжения питания электронных схем | |
RU165174U1 (ru) | Компенсационный стабилизатор постоянного напряжения | |
RU2795282C1 (ru) | Электронный стабилизатор постоянного напряжения | |
RU2798487C1 (ru) | Электронный стабилизатор постоянного напряжения | |
CN117930930B (zh) | Ldo应用电路 | |
RU2767990C1 (ru) | Стабилизатор напряжения питания электронных схем | |
CN111555741B (zh) | 上电清除电路 | |
RU2220438C1 (ru) | Стабилизированный источник постоянного тока | |
CN114761903B (zh) | 基准电压产生电路 | |
US20240126311A1 (en) | Voltage regulators with sliced pole tracking | |
CN214670300U (zh) | 一种实现零压差的线性稳压电路 |