RU2772113C1 - Компенсационный стабилизатор напряжения - Google Patents

Компенсационный стабилизатор напряжения Download PDF

Info

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
Application number
RU2021138518A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Николаевич Бондарь
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет"
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2772113C1 publication Critical patent/RU2772113C1/ru

Links

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):
Figure 00000001
где
Figure 00000002
- дифференциальные сопротивления эмиттера первого биполярного транзистора n-p-n типа и стабилитрона соответственно;
Figure 00000003
- сопротивление второго резистора;
Figure 00000004
и
Figure 00000005
- коэффициенты передачи по току в схеме с общим эмиттером первого и третьего биполярных транзисторов n-p-n типа соответственно;
Figure 00000006
- коэффициент преобразования тока коллектора первого биполярного транзистора n-p-n типа в ток эмиттера второго биполярного транзистора n-p-n типа
Figure 00000007
где
Figure 00000008
- сопротивление первого резистора;
Figure 00000009
- сопротивление третьего резистора;
Figure 00000010
- крутизна стокозатворной характеристики полевого транзистора с р-n-переходом и р-каналом;
Figure 00000011
- коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером второго биполярного транзистора n-p-n типа.
Условие (3) является условием настройки, при котором параметр
Figure 00000006
обращается в бесконечность, а нестабильность (1) - в ноль.
Figure 00000012
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
Figure 00000013
= 14 В и токе нагрузки
Figure 00000014
[1; 110] мА.
На фиг. 2 представлены результаты схемотехнического моделирования - зависимость выходного напряжения стабилизатора от изменения температурного режима работы устройства (Т = 0
Figure 00000015
, Т = 27
Figure 00000015
, Т = 54
Figure 00000015
, Т = 81
Figure 00000015
), при входном напряжении
Figure 00000016
и токе нагрузки
Figure 00000014
[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
Figure 00000013
= 14 В и токе нагрузки
Figure 00000014
[1; 110] мА.
На фиг. 2 представлены результаты схемотехнического моделирования прототипа - зависимость выходного напряжения стабилизатора от изменения температурного режима работы устройства (Т = 0
Figure 00000015
, Т = 27
Figure 00000015
, Т = 54
Figure 00000015
, Т = 81
Figure 00000015
), при входном напряжении
Figure 00000016
и токе нагрузки
Figure 00000014
[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
Figure 00000013
= 14 В и токе нагрузки
Figure 00000014
[1; 110] мА.
На фиг. 5 представлены результаты схемотехнического моделирования заявляемого устройства - зависимость выходного напряжения стабилизатора от изменения температурного режима работы устройства (Т = 0
Figure 00000015
, Т = 27
Figure 00000015
, Т = 54
Figure 00000015
, Т = 81
Figure 00000015
), при входном напряжении
Figure 00000016
и токе нагрузки
Figure 00000014
[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):
Figure 00000017
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
Figure 00000018
где
Figure 00000019
и
Figure 00000020
- соответственно, дифференциальное сопротивление и приращение тока стабилитрона 8;
Figure 00000021
и
Figure 00000022
- соответственно, дифференциальное сопротивление и приращение тока диода 9;
Figure 00000023
и
Figure 00000024
- соответственно, дифференциальное сопротивление и приращение тока эмиттера биполярного транзистора 5 n-p-n типа.
С учетом условия (6)
Figure 00000025
выражение (5) примет вид:
Figure 00000026
Ток стабилитрона 8
Figure 00000027
равен сумме тока резистора 2 и тока базы биполярного транзистора 5 n-p-n типа. Следовательно, приращение
Figure 00000020
определится выражением:
Figure 00000028
где
Figure 00000029
и
Figure 00000030
- приращения тока резистора 2 и базы биполярного транзистора 5 n-p-n типа соответственно;
R 2 - сопротивление резистора 2;
Figure 00000031
- коэффициент передачи по току биполярного транзистора 5 n-p-n типа в схеме с общим эмиттером.
Ток эмиттера биполярного транзистора 7 n-p-n типа равен сумме токов нагрузки и стабилизатора 8. Следовательно, справедливо выражение
Figure 00000032
где
Figure 00000033
и
Figure 00000034
- приращения тока эмиттера биполярного транзистора 7 n-p-n типа и тока нагрузки соответственно.
Приращение тока
Figure 00000033
можно выразить через
Figure 00000024
:
Figure 00000035
где
Figure 00000036
- коэффициент передачи по току транзистора 7 в схеме с общим эмиттером;
Figure 00000037
- коэффициент преобразования тока коллектора биполярного транзистора 5 n-p-n типа в ток эмиттера биполярного транзистора 6 n-p-n типа
Figure 00000038
где
Figure 00000039
и
Figure 00000040
- 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:
Figure 00000041
где
Figure 00000042
- приращение тока стока полевого транзистора 4 с р-n-переходом и р-каналом;
Figure 00000043
- коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером биполярного транзистора 6 n-p-n типа.
Figure 00000044
где
Figure 00000045
и
Figure 00000046
- приращение напряжения на резисторах 1 и 3 соответственно;
Figure 00000047
- приращение напряжения затвор-исток полевого транзистора 4 с р-n-переходом и р-каналом.
Уравнение (13) запишем через приращения токов
Figure 00000048
где
Figure 00000008
- сопротивление резистора 1;
Figure 00000049
- сопротивление резистора 3;
Figure 00000010
- крутизна стокозатворной характеристики полевого транзистора 4 с р-n-переходом и р-каналом.
Из выражений (12) и (14) можно выразить
Figure 00000050
Из выражений (8) ÷ (10) получим
Figure 00000051
Из выражений (7) и (8) получим
Figure 00000052
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)
Figure 00000053
параметр
Figure 00000054
обращается в бесконечность, а нестабильность (17) - в ноль.
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)

  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.
RU2021138518A 2021-12-23 Компенсационный стабилизатор напряжения RU2772113C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2772113C1 true RU2772113C1 (ru) 2022-05-17

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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