RU2775059C1 - Method for constructing a constant voltage stabilizer - Google Patents

Method for constructing a constant voltage stabilizer Download PDF

Info

Publication number
RU2775059C1
RU2775059C1 RU2021135956A RU2021135956A RU2775059C1 RU 2775059 C1 RU2775059 C1 RU 2775059C1 RU 2021135956 A RU2021135956 A RU 2021135956A RU 2021135956 A RU2021135956 A RU 2021135956A RU 2775059 C1 RU2775059 C1 RU 2775059C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
mismatch
output
feedback
formation
Prior art date
Application number
RU2021135956A
Other languages
Russian (ru)
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 RU2775059C1 publication Critical patent/RU2775059C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering and can be used in the construction of DC voltage stabilizers. A method for constructing a constant voltage stabilizer is carried out when performing the following operations: generating a feedback voltage; formation of the reference voltage; mismatch voltage formation; mismatch voltage amplification; regulation of the output (stabilized) voltage; autocorrect feedback depth.
EFFECT: expansion of functionality.
1 cl, 7 dwg

Description

Уровень техникиState of the art

Известен способ построения стабилизатора постоянного напряжения [Китаев В.Е., Бокуняев А.А., Колканов М.Ф. «Электропитание устройств связи», М.: Связь, 1975 г., с. 187, рис. 8.8.а], [Б.И. Артамонов, А.А. Бокуняев. «Источники электропитания радиоустройств», М.: Энергоиздат, 1982 г., с. 145, рис. 5.10.а], [Л.Ф. Захаров, М.Ф. Колканов. «Электропитание устройств связи», М. :ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2007 г., с. 128, рис. 5.9.а], представляющий собой замкнутую систему автоматического регулирования, базирующуюся на выполнении ряда операций:A known method of constructing a constant voltage stabilizer [Kitaev V.E., Bokunyaev A.A., Kolkanov M.F. "Power supply of communication devices", M.: Svyaz, 1975, p. 187, fig. 8.8.a], [B.I. Artamonov, A.A. Bokunyaev. "Power sources of radio devices", M.: Energoizdat, 1982, p. 145, fig. 5.10.a], [L.F. Zakharov, M.F. Kolkanov. "Power supply of communication devices", M.: GOU "Educational and methodological center for education in railway transport", 2007, p. 128, fig. 5.9.a], which is a closed automatic control system based on a number of operations:

1) формирование напряжения обратной связи;1) formation of feedback voltage;

2) формирование опорного напряжения;2) formation of the reference voltage;

3) формирование напряжения рассогласования;3) mismatch voltage formation;

4) усиление напряжения рассогласования;4) amplification of the mismatch voltage;

5) регулирование выходного (стабилизированного) напряжения.5) regulation of the output (stabilized) voltage.

Возможным вариантом реализации данного способа служит схема последовательного стабилизатора постоянного напряжения [Г.Н. Горбачев, Е.Е. Чаплыгин. «Промышленная электроника», М. : Энергоатомиздат, 1988 г., с. 209, рис. 5.11].A possible implementation of this method is the circuit of a series constant voltage regulator [G.N. Gorbachev, E.E. Chaplygin. "Industrial electronics", M.: Energoatomizdat, 1988, p. 209, fig. 5.11].

Схема стабилизатора содержит: регулирующий элемент на базе транзистора p-n-p-типа, выполняющий функцию регулирования выходного (стабилизированного) напряжения; делитель напряжения на базе двух резисторов, выполняющий функцию формирования напряжения обратной связи; делитель напряжения на базе резистора и стабилитрона, выполняющий функцию формирования опорного напряжения; усилитель сигнала рассогласования на базе операционного усилителя, выполняющий функции формирования напряжения рассогласования и усиления напряжения рассогласования; нагрузку.The stabilizer circuit contains: a control element based on a pnp -type transistor, which performs the function of regulating the output (stabilized) voltage; a voltage divider based on two resistors, which performs the function of forming a feedback voltage; a voltage divider based on a resistor and a zener diode, which performs the function of generating a reference voltage; a mismatch signal amplifier based on an operational amplifier that performs the functions of generating the mismatch voltage and amplifying the mismatch voltage; load.

Недостатком данного способа и данного варианта его реализации являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные:The disadvantage of this method and this variant of its implementation are limited functionality due to:

– низкой устойчивостью стабилизатора как системы автоматического регулирования;- low stability of the stabilizer as an automatic control system;

– узким диапазоном допустимого изменения входного напряжения;– a narrow range of allowable changes in the input voltage;

– низким температурным коэффициентом напряжения;– low voltage temperature coefficient;

– низким коэффициентом стабилизации.- low stabilization factor.

Наиболее близким по технической сущности является способ построения стабилизатора постоянного напряжения, включающий операции:The closest in technical essence is a method for constructing a DC voltage stabilizer, including operations:

1) формирование напряжения обратной связи;1) formation of feedback voltage;

2) формирование опорного напряжения;2) formation of the reference voltage;

3) формирование напряжения рассогласования;3) mismatch voltage formation;

4) усиление напряжения рассогласования;4) amplification of the mismatch voltage;

5) регулирование выходного (стабилизированного) напряжения;5) regulation of the output (stabilized) voltage;

6) формирование тока управления.6) formation of the control current.

Для реализации данного способа использован стабилизатор постоянного напряжения (патент RU № 2023287, МПК G05F 1/565).To implement this method, a constant voltage stabilizer was used (patent RU No. 2023287, IPC G05F 1/565).

Стабилизатор постоянного напряжения содержит: регулирующий транзистор p-n-p-типа, включенный между входным и выходным выводами, эмиттером – к входному выводу, коллектором – к выходному выводу; операционный усилитель сигнала рассогласования, входы питания которого подключены к входным выводам стабилизатора соответствующей полярности, а инвертирующий и неинвертирующий входы подключены соответственно к выходам двух делителей напряжения; первого – состоящего из двух последовательно соединенных резисторов; второго – состоящего из последовательно соединенных резистора и стабилитрона, катод которого подключен к выводу делителя напряжения; блокировочный конденсатор, вместе с указанными делителями напряжения и нагрузкой, включенный между выходным выводом и общей шиной; управляющий транзистор p-n-p-типа, база которого соединена с выходом операционного усилителя сигнала рассогласования, а коллектор подключен к базе регулирующего транзистора; резистор смещения, включенный между эмиттером и коллектором регулирующего транзистора; конденсатор и стабилитрон, параллельно включённые между эмиттером регулирующего транзистора и общей шиной, причем стабилитрон подключен анодом к общей шине.The DC voltage stabilizer contains: a pnp -type regulating transistor connected between the input and output terminals, the emitter - to the input terminal, the collector - to the output terminal; an operational amplifier of the mismatch signal, the power inputs of which are connected to the input terminals of the stabilizer of the corresponding polarity, and the inverting and non-inverting inputs are connected, respectively, to the outputs of two voltage dividers; the first - consisting of two series-connected resistors; the second - consisting of a series-connected resistor and a zener diode, the cathode of which is connected to the output of the voltage divider; a blocking capacitor, together with the specified voltage dividers and load, connected between the output terminal and the common bus; a pnp -type control transistor, the base of which is connected to the output of the error signal operational amplifier, and the collector is connected to the base of the regulating transistor; a bias resistor connected between the emitter and collector of the regulating transistor; a capacitor and a zener diode connected in parallel between the emitter of the regulating transistor and a common bus, and the zener diode is connected by an anode to a common bus.

Недостатком указанного способа и варианта его реализации, являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные:The disadvantage of this method and the variant of its implementation are limited functionality due to:

– узким диапазоном допустимого изменения входного напряжения;– a narrow range of allowable changes in the input voltage;

– низким температурным коэффициентом напряжения;– low voltage temperature coefficient;

– низким коэффициентом стабилизации.- low stabilization factor.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к расширению функциональных возможностей.The technical result that can be achieved using the present invention is to expand the functionality.

Технический результат достигается тем, что в способ построения стабилизатора постоянного напряжения, базирующегося на выполнении операций: формирования напряжения обратной связи; формирования опорного напряжения; формирования напряжения рассогласования; усиления напряжения рассогласования; регулирования выходного (стабилизированного) напряжения, введена операция автокоррекции глубины обратной связи. The technical result is achieved by the fact that in the way of constructing a constant voltage stabilizer, based on the following operations: generating a feedback voltage; formation of the reference voltage; mismatch voltage formation; mismatch voltage amplification; regulation of the output (stabilized) voltage, the operation of auto-correction of the feedback depth has been introduced.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На фиг.1 представлена функциональная схема стабилизатора постоянного напряжения.Figure 1 shows a functional diagram of the DC voltage stabilizer.

На фиг.2 представлена модель исследования параметров схемы устройства при температуре

Figure 00000001
, напряжении
Figure 00000002
, сопротивлении нагрузки
Figure 00000003
.Figure 2 shows a model for studying the parameters of the device circuit at a temperature
Figure 00000001
, voltage
Figure 00000002
, load resistance
Figure 00000003
.

На фиг.3 представлена модель исследования параметров схемы устройства при температуре

Figure 00000001
, напряжении
Figure 00000004
, сопротивлении нагрузки
Figure 00000003
.Figure 3 shows a model for studying the parameters of the device circuit at a temperature
Figure 00000001
, voltage
Figure 00000004
, load resistance
Figure 00000003
.

На фиг.4 представлена модель исследования параметров схемы устройства при температуре

Figure 00000001
, напряжении
Figure 00000002
, сопротивлении нагрузки
Figure 00000005
.Figure 4 shows a model for studying the parameters of the device circuit at a temperature
Figure 00000001
, voltage
Figure 00000002
, load resistance
Figure 00000005
.

На фиг.5 представлена модель исследования параметров схемы устройства при температуре

Figure 00000001
, напряжении
Figure 00000006
, сопротивлении нагрузки
Figure 00000007
.Figure 5 shows a model for studying the parameters of the device circuit at a temperature
Figure 00000001
, voltage
Figure 00000006
, load resistance
Figure 00000007
.

На фиг.6 представлены результаты схемотехнического моделирования – зависимость выходного напряжения стабилизатора от изменения входного напряжения

Figure 00000008
при сопротивлении нагрузки
Figure 00000009
и температуре
Figure 00000001
.Figure 6 shows the results of circuit simulation - the dependence of the output voltage of the stabilizer on the change in input voltage
Figure 00000008
at load resistance
Figure 00000009
and temperature
Figure 00000001
.

На фиг.7 представлены результаты схемотехнического моделирования – зависимость выходного напряжения стабилизатора от изменения температурного режима работы устройства

Figure 00000010
, при входном напряжении
Figure 00000011
и сопротивлении нагрузки
Figure 00000012
.Figure 7 shows the results of circuit simulation - the dependence of the output voltage of the stabilizer on the change in the temperature regime of the device
Figure 00000010
, at input voltage
Figure 00000011
and load resistance
Figure 00000012
.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Сущность предлагаемого способа заключается в выполнении следующих операций:The essence of the proposed method is to perform the following operations:

1) формирование напряжения обратной связи;1) formation of feedback voltage;

2) формирование опорного напряжения;2) formation of the reference voltage;

3) формирование напряжения рассогласования;3) mismatch voltage formation;

4) усиление напряжения рассогласования;4) amplification of the mismatch voltage;

5) регулирование выходного (стабилизированного) напряжения;5) regulation of the output (stabilized) voltage;

6) формирование тока управления;6) formation of control current;

7) автокоррекции глубины обратной связи.7) auto-correction of feedback depth.

Устройство реализации способа построения стабилизатора постоянного напряжения (фиг.1) содержит: регулирующий транзистор 1 p-n-p-типа; управляющий МДП транзистор 2 с индуцированным каналом n-типа; операционный усилитель 3 сигнала рассогласования; резистор 4 смещения; делители напряжения 5 и 6; стабилитрон 7; блокировочный конденсатор 8; нагрузку 9.The device for implementing the method for constructing a constant voltage stabilizer (figure 1) contains: a regulating transistor 1 pnp -type; control MIS transistor 2 with induced channel n -type; operational amplifier 3 error signals; resistor 4 bias; voltage dividers 5 and 6; zener diode 7; blocking capacitor 8; load 9.

Делитель напряжения 5 содержит: резисторы 10, 12 и стабилитрон 11, причем верхнее плечо образовано последовательно соединенными резистором 10 и включенном в прямом направлении стабилитроном 11, а нижнее плечо – резистором 12.The voltage divider 5 contains: resistors 10, 12 and a zener diode 11, and the upper arm is formed by a resistor 10 connected in series and a zener diode 11 connected in the forward direction, and the lower arm is formed by a resistor 12.

Делитель напряжения 6 содержит резистор 13 и стабилитроны 14 и 15, причем верхнее плечо образовано резистором 13, а нижнее плечо – последовательно соединенными стабилитронами 14, 15, включенными соответственно в прямом и обратном направлении.The voltage divider 6 contains a resistor 13 and zener diodes 14 and 15, with the upper arm formed by a resistor 13, and the lower arm by series-connected zener diodes 14, 15 connected respectively in the forward and reverse directions.

Резистор 4 смещения включен между базой и эмиттером регулирующего транзистора 1 p-n-p-типа, включенного между входным и выходным выводами стабилизатора, эмиттером – к входному выводу, коллектором – к выходному выводу, к которому подключены выводы верхних плечей делителей напряжения 5 и 6, а также первые выводы нагрузки 9 и блокировочного конденсатора 8; выводы нижних плечей делителей напряжения 5 и 6, а также вторые выводы нагрузки 9 и блокировочного конденсатора 8 соединены с общей шиной; входы питания операционного усилителя 3 сигнала рассогласования подключены к входным выводам стабилизатора соответствующей полярности, а инвертирующий и неинвертирующий входы подключены к выходам соответственно делителей напряжения 5, 6; затвор управляющего МДП транзистора 2 с индуцированным каналом n-типа соединен с выходом операционного усилителя 3 сигнала рассогласования, исток – с базой регулирующего транзистора 1 p-n-p-типа и вторым выводом резистора 4 смещения, а сток через включенный в прямом направлении стабилитрон 7 – с шиной.The bias resistor 4 is connected between the base and the emitter of the regulating transistor 1 pnp -type, connected between the input and output terminals of the stabilizer, the emitter - to the input terminal, the collector - to the output terminal, to which the conclusions of the upper arms of voltage dividers 5 and 6, as well as the first load terminals 9 and blocking capacitor 8; the conclusions of the lower arms of the voltage dividers 5 and 6, as well as the second conclusions of the load 9 and blocking capacitor 8 are connected to a common bus; power inputs of the operational amplifier 3 of the error signal are connected to the input terminals of the stabilizer of the corresponding polarity, and the inverting and non-inverting inputs are connected to the outputs of the voltage dividers 5, 6, respectively; the gate of the control MIS transistor 2 with an induced n -type channel is connected to the output of the operational amplifier 3 of the error signal, the source is connected to the base of the control transistor 1 of the pnp -type and the second output of the bias resistor 4, and the drain through the zener diode 7 connected in the forward direction is connected to the bus.

Устройство реализации способа построения стабилизатора постоянного напряжения работает следующим образом.The device for implementing the method of constructing a DC voltage stabilizer works as follows.

Так как время установления и восстановления p-n-переходов конечно, в момент подачи напряжения питания U вх на коллекторе регулирующего транзистора 1 p-n-p-типа (на выходе стабилизатора) возникает скачек потенциала положительной полярности, не превышающий напряжения пробоя стабилитрона 15, но в силу условия (1)Since the time of establishment and recovery of pn -junctions is finite, at the moment of supply voltage Uin at the collector of the regulating transistor 1 pnp -type (at the output of the stabilizer), a positive polarity potential jump occurs, not exceeding the breakdown voltage of the zener diode 15, but due to the condition (1 )

Figure 00000013
, (1)
Figure 00000013
, (one)

где

Figure 00000014
сопротивления резисторов 10, 12, 13,where
Figure 00000014
resistance resistors 10, 12, 13,

обеспечивающий превышение напряжения на неинвертирующем входе операционного усилителя 3 сигнала рассогласования относительно инвертирующего входа. Вследствие чего выходное напряжение операционного усилителя 3 сигнала рассогласования ввиду его значительного коэффициента усиления обеспечивает уменьшение сопротивления сток-исток управляющего МДП транзистора 2 с индуцированным каналом n-типа. Что в свою очередь обеспечивает увеличение тока базы, а значит, и тока коллектора регулирующего транзистора 1 p-n-p-типа. providing excess voltage at the non-inverting input of the operational amplifier 3 error signal relative to the inverting input. As a result, the output voltage of the operational amplifier 3 of the error signal, due to its significant gain, reduces the drain-source resistance of the control MOS transistor 2 with an induced n -type channel. Which in turn provides an increase in the base current, and hence the collector current of the regulating transistor 1 pnp -type.

Скачкообразному изменению сопротивления сток-исток управляющего МДП транзистора 2 с индуцированным каналом n-типа, а значит, лавинообразному нарастанию тока коллектора регулирующего транзистора 1 p-n-p-типа и неконтролируемому скачку выходного напряжения в момент подачи напряжения питания препятствует наличие стабилитрона 7, формирующего регулируемое напряжение вольт добавки, выполняющей функции отрицательной обратной связи по току (увеличение тока стока приводит к увеличению напряжения на стоке, что в свою очередь приводит к уменьшению тока стока).An abrupt change in the resistance of the drain-source of the control MOS transistor 2 with an induced n -type channel, which means an avalanche-like increase in the collector current of the regulating transistor 1 pnp -type and an uncontrolled jump in the output voltage at the moment the supply voltage is applied, is prevented by the presence of a zener diode 7, which forms an adjustable voltage of the additive volt , which performs the functions of negative current feedback (an increase in drain current leads to an increase in drain voltage, which in turn leads to a decrease in drain current).

Увеличение протекающего коллекторного тока приводит к увеличению выходного напряжения. А значит, и напряжения, приложенного к делителям напряжения 5, 6. В момент превышения выходным напряжением напряжения пробоя стабилитрона 15 на выходах делителей напряжения 5, 6 формируются напряжения, поступающие на входы операционного усилителя 3 сигнала рассогласования, и с учетом условия (2)An increase in the flowing collector current leads to an increase in the output voltage. And hence the voltage applied to the voltage dividers 5, 6. At the moment the output voltage exceeds the breakdown voltage of the zener diode 15, voltages are formed at the outputs of the voltage dividers 5, 6, which are fed to the inputs of the operational amplifier 3 of the mismatch signal, and taking into account the condition (2)

Figure 00000015
, (2)
Figure 00000015
, (2)

где

Figure 00000016
опорное (эталонное) напряжение, формируемое цепочкой стабилитронов 14, 15 (напряжение на нижнем плече делителя напряжения 6);where
Figure 00000016
reference (reference) voltage generated by a chain of zener diodes 14, 15 (voltage on the lower arm of the voltage divider 6);

Figure 00000017
напряжение падения на резисторе 12 (нижнем плече делителя напряжения 5),
Figure 00000017
voltage drop across resistor 12 (lower arm of voltage divider 5),

переводящие стабилизатор в установившийся режим работы. converting the stabilizer to a steady state of operation.

Предположим, что в процессе работы устройства значение входного напряжения U вх, например, возрастает на некоторую величину. В этом случае возрастает и выходной ток регулирующего транзистора 1 и, соответственно, падение напряжения на резисторе 12, делителя напряжения 5, а следовательно, и на инвертирующем входе операционного усилителя 3 сигнала рассогласования, в то время как на его неинвертирующем входе напряжение остается неизменным и равным опорному напряжению U оп, снимаемому с цепочки стабилитронов 14, 15. Возникший перепад напряжений на входах операционного усилителя 3 сигнала рассогласования приводит к снижению выходного напряжения операционного усилителя 3 сигнала рассогласования, увеличению сопротивления сток-исток управляющего МДП транзистора 2 с индуцированным каналом n-типа. Что, в свою очередь, приводит к уменьшению тока базы, а значит, и тока коллектора регулирующего транзистора 1 p-n-p-типа. Уменьшение выходного тока приводит к уменьшению и выходного напряжения стабилизатора U вых, стремящегося таким образом к прежнему, исходному значению. Suppose that during the operation of the device, the value of the input voltage U in , for example, increases by a certain amount. In this case, the output current of the regulating transistor 1 also increases and, accordingly, the voltage drop across the resistor 12, voltage divider 5, and, consequently, at the inverting input of the operational amplifier 3 of the error signal, while at its non-inverting input the voltage remains unchanged and equal to reference voltage U op removed from the chain of zener diodes 14, 15. The resulting voltage drop at the inputs of the operational amplifier 3 of the error signal leads to a decrease in the output voltage of the operational amplifier 3 of the error signal, an increase in the drain-source resistance of the control MOS transistor 2 with an induced n -type channel. Which, in turn, leads to a decrease in the base current, and hence the collector current of the regulating transistor 1 pnp -type. A decrease in the output current also leads to a decrease in the output voltage of the stabilizer U out , thus tending to the previous, initial value.

При уменьшении уровня входного напряжения U вх уменьшается и выходной ток регулирующего транзистора 1 и, соответственно, падение напряжения на резисторе 12, делителя напряжения 5, а следовательно, и на инвертирующем входе операционного усилителя 3 сигнала рассогласования, в то время как на его неинвертирующем входе напряжение остается неизменным и равным опорному напряжению U оп, снимаемому с цепочки стабилитронов 14, 15. Возникший перепад напряжений на входах операционного усилителя 3 сигнала рассогласования приводит к увеличению выходного напряжения операционного усилителя 3 сигнала рассогласования, уменьшению сопротивления сток-исток управляющего МДП транзистора 2 с индуцированным каналом n-типа. Что в свою очередь приводит к увеличению тока базы, а значит, и тока коллектора регулирующего транзистора 1 p-n-p-типа. Увеличение выходного тока приводит к увеличению и выходного напряжения стабилизатора U вых, стремящегося таким образом к прежнему, исходному значению. With a decrease in the input voltage level Uin , the output current of the regulating transistor 1 also decreases and, accordingly, the voltage drop across the resistor 12, voltage divider 5, and, consequently, at the inverting input of the operational amplifier 3 of the error signal, while at its non-inverting input the voltage remains unchanged and equal to the reference voltage U op taken from the chain of zener diodes 14, 15. The resulting voltage drop at the inputs of the operational amplifier 3 of the error signal leads to an increase in the output voltage of the operational amplifier 3 of the error signal, a decrease in the drain-source resistance of the control MIS transistor 2 with an induced channel n -type. Which in turn leads to an increase in the base current, and hence the collector current of the regulating transistor 1 pnp -type. An increase in the output current leads to an increase in the output voltage of the stabilizer U out , thus tending to the previous, initial value.

В условиях неизменности температурного режима работы устройства стабилитроны 7, 11, 14 выполняют функцию регулируемой вольт добавки, способствующей повышению стабильности выходного напряжения в условиях нестабильности как U вх, так и сопротивления нагрузки 9 (R н), фиг.2÷6.Under conditions of constant temperature operation of the device, the zener diodes 7, 11, 14 perform the function of an adjustable volt additive, which helps to increase the stability of the output voltage under conditions of instability of both U in and load resistance 9 ( R n ), Fig.2÷6.

Согласно условию (1) с учетом значительного входного сопротивления операционного усилителя 3 сигнала рассогласования в установившемся режиме работы устройства имеет место соотношение (3)According to condition (1), taking into account the significant input resistance of the operational amplifier 3 of the error signal, in the steady state operation of the device, relation (3) takes place

Figure 00000018
, (3)
Figure 00000018
, (3)

где

Figure 00000019
ток делителей напряжения 5, 6;where
Figure 00000019
voltage divider current 5, 6;

Figure 00000020
падение напряжения (вольт добавка) на стабилитронах 14, 11.
Figure 00000020
voltage drop (volt addition) on zener diodes 14, 11.

Однако вследствие выбора рабочей точки стабилитрона 14 на линейном участке вольт-амперной характеристики, а стабилитрона 11 на нелинейном (начальном) участке вольт-амперной характеристики (согласно условию (3)), при изменении U вх, R н, а значит, и тока делителей 5, 6 от их установившихся значений, будет иметь место соотношение (4)However, due to the choice of the operating point of the zener diode 14 in the linear section of the current-voltage characteristic, and the zener diode 11 in the non-linear (initial) section of the current-voltage characteristic (according to condition (3)), when changing U in , R n , and hence the current dividers 5, 6 from their steady-state values, the relation (4) will take place

Figure 00000021
(4)
Figure 00000021
(four)

Причем по мере увеличения изменения U вх, R н от их установившихся значений степень изменения

Figure 00000022
будет значительно больше, чем степень изменения
Figure 00000023
, что в свою очередь будет приводить к изменению величины коэффициента обратной связи – увеличению. А значит, и увеличению нагрузочной способности и коэффициента стабилизации.Moreover, as the change U in , R n increases from their established values, the degree of change
Figure 00000022
will be much greater than the degree of change
Figure 00000023
, which in turn will lead to a change in the value of the feedback coefficient - an increase. This means an increase in load capacity and stabilization coefficient.

Введение в состав схемы устройства стабилитронов 11, 14 способствует реализации операции автокоррекции глубины обратной связи.The introduction of zener diodes 11, 14 into the structure of the device circuit contributes to the implementation of the operation of auto-correction of the feedback depth.

При эксплуатации устройства в диапазоне температур стабилитроны 7, 11, 14 выполняют функцию как вольт добавки, так и термостабилизации. При этом в качестве стабилитронов 7, 11, 14, 15 необходимо использовать стабилитроны с лавинным типом пробоя, характеризуемые положительным температурным коэффициентом напряжения (см. П. Хоровиц, У. Хилл. «Искусство схемотехники», М.: Мир, 1998 г., с. 351), при обратном включении и отрицательным коэффициентом (см. Китаев В.Е., Бокуняев А.А., Колканов М.Ф. «Электропитание устройств связи», М.: Связь, 1975 г., с. 184) при прямом включении. When operating the device in the temperature range, the zener diodes 7, 11, 14 perform the function of both a volt addition and thermal stabilization. In this case, as zener diodes 7, 11, 14, 15, it is necessary to use zener diodes with an avalanche type of breakdown, characterized by a positive temperature coefficient of voltage (see P. Horowitz, W. Hill. “The Art of Circuitry”, M .: Mir, 1998, p. 351), with reverse connection and a negative coefficient (see Kitaev V.E., Bokunyaev A.A., Kolkanov M.F. “Power supply of communication devices”, M .: Svyaz, 1975, p. 184) when connected directly.

Тогда цепь стабилитронов 14, 15 обеспечивает частичную компенсацию коэффициентов напряжения стабилизации, способствуя выполнению условия (5):Then the zener diode circuit 14, 15 provides partial compensation of the stabilization voltage coefficients, contributing to the fulfillment of condition (5):

Figure 00000024
, (5)
Figure 00000024
, (5)

где

Figure 00000025
температурные коэффициенты напряжения стабилитрона 14 и цепи соединения стабилитронов 14, 15.where
Figure 00000025
temperature coefficients of the voltage of the zener diode 14 and the connection circuit of the zener diodes 14, 15.

А в силу условия (6)And due to condition (6)

Figure 00000026
, (6)
Figure 00000026
, (6)

где

Figure 00000027
ТКН регулирующего транзистора 1 p-n-p-типа и стабилитрона 11;where
Figure 00000027
TKN regulating transistor 1 pnp -type and zener diode 11;

Figure 00000028
ТКН цепи соединения регулирующего транзистора 1 p-n-p-типа и стабилитрона 11,
Figure 00000028
TKN connection circuit of the regulating transistor 1 pnp -type and zener diode 11,

выходные напряжения делителей напряжения 5

Figure 00000029
и 6
Figure 00000030
будут характеризоваться положительным ТКН с выполнением условия (7)output voltages of voltage dividers 5
Figure 00000029
and 6
Figure 00000030
will be characterized by a positive TKN with the fulfillment of condition (7)

Figure 00000031
, (7)
Figure 00000031
, (7)

тем самым обеспечивая с увеличением температурного режима работы устройства снижение напряжения на выходе операционного усилителя 3 сигнала рассогласования. А значит, увеличение сопротивления сток-исток управляющего МДП транзистора 2 с индуцированным каналом n-типа. Что в свою очередь приводит к уменьшению тока базы регулирующего транзистора 1 p-n-p-типа и приведению выходного напряжения стабилизатора U вых к исходному значению. thereby providing with an increase in the temperature regime of the device, a decrease in voltage at the output of the operational amplifier 3 of the mismatch signal. This means that the increase in the resistance of the drain-source of the control MIS transistor 2 with an induced channel n -type. Which in turn leads to a decrease in the base current of the regulating transistor 1 pnp -type and bringing the output voltage of the stabilizer U out to the original value.

При этом следует учесть, что прямое включение в цепь стока МДП транзистора 2 с индуцированным каналом n-типа стабилитрона 7, в силу его отрицательного ТКН, наряду с отрицательной обратной связью по току дополнительно порождает формирование отрицательной обратной связи по напряжению, что в целом способствует увеличению температурной стабильности выходного напряжения устройства. In this case, it should be taken into account that the direct inclusion of the MIS transistor 2 with an induced channel of the n -type zener diode 7 into the drain circuit, due to its negative TCR, along with negative current feedback, additionally generates the formation of negative voltage feedback, which generally contributes to an increase in temperature stability of the output voltage of the device.

На фиг.3 представлены результаты схемотехнического моделирования – зависимость выходного напряжения стабилизатора от изменения температурного режима работы устройства

Figure 00000010
, при входном напряжении
Figure 00000011
и сопротивлении нагрузки
Figure 00000012
.Figure 3 shows the results of circuit simulation - the dependence of the output voltage of the stabilizer on the change in the temperature regime of the device
Figure 00000010
, at input voltage
Figure 00000011
and load resistance
Figure 00000012
.

Формирование комбинированной отрицательной обратной связи в цепи стока МДП транзистора 2 с индуцированным каналом n-типа благодаря введению в состав схемы устройства стабилитрона 7, причем с учетом использования в качестве управляющего транзистора – МДП транзистора 2, характеризуемого нормируемым ТКН (в силу наличия термостабильной рабочей точки), способствует реализации операции автокоррекции глубины обратной связи.Formation of a combined negative feedback in the drain circuit of the MIS transistor 2 with an induced n -type channel due to the introduction of a zener diode 7 into the device circuit, and taking into account the use of MIS transistor 2 as a control transistor, characterized by a normalized TKN (due to the presence of a thermally stable operating point) , contributes to the implementation of the operation of auto-correction of the feedback depth.

В целом, предлагаемый способ и вариант его реализации обладает более широкими функциональными возможностями в сравнении с прототипом.In general, the proposed method and variant of its implementation has more functionality in comparison with the prototype.

Claims (1)

Способ стабилизации постоянного напряжения, включающий операции: формирования напряжения обратной связи; формирования опорного напряжения; формирования напряжения рассогласования; усиления напряжения рассогласования; регулирования выходного стабилизированного напряжения, отличающийся тем, что в него введена операция автокоррекции глубины обратной связи, которая реализуется за счет формирования нелинейного характера напряжения рассогласования и комбинированной отрицательной обратной связи, при этом для формирования нелинейной характеристики напряжения рассогласования указанное напряжение формируется на выходах двух делителей выходного напряжения, верхнее плечо одного из которых образовано резистором, а нижнее плечо последовательно соединёнными двумя стабилитронами, один из которых включен в прямом направлении, а другой в обратном направлении, верхнее плечо другого делителя напряжения образовано последовательно соединенными резистором и включенным в прямом направлении стабилитроном, а нижнее плечо другим резистором, кроме того, комбинированная отрицательная обратная связь формируется в цепи стока управляющего транзистора, исток которого соединен с базой регулирующего транзистора, а сток через включенный в прямом направлении стабилитрон соединен с общей шиной.A method for stabilizing a constant voltage, including operations: forming a feedback voltage; formation of the reference voltage; mismatch voltage formation; mismatch voltage amplification; regulation of the output stabilized voltage, characterized in that it introduced the operation of auto-correction of the feedback depth, which is implemented by forming a non-linear nature of the mismatch voltage and combined negative feedback, while to form a non-linear characteristic of the mismatch voltage, the specified voltage is formed at the outputs of two output voltage dividers , the upper arm of one of which is formed by a resistor, and the lower arm by two zener diodes connected in series, one of which is connected in the forward direction and the other in the reverse direction, the upper arm of the other voltage divider is formed by a series-connected resistor and a zener diode connected in the forward direction, and the lower arm another resistor, in addition, the combined negative feedback is formed in the drain circuit of the control transistor, the source of which is connected to the base of the control transistor, and the drain is connected through zener diode connected in the forward direction is connected to a common bus.
RU2021135956A 2021-12-07 Method for constructing a constant voltage stabilizer RU2775059C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2775059C1 true RU2775059C1 (en) 2022-06-28

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3430059A (en) * 1965-10-22 1969-02-25 Admiral Corp Voltage regulator circuit
SU425307A1 (en) * 1972-03-28 1974-04-25 А. А. Иванов DC AMP
SU1056159A1 (en) * 1982-08-05 1983-11-23 Предприятие П/Я А-3500 Pulse-type d.c. voltage regulator
US20060170403A1 (en) * 2005-01-28 2006-08-03 Joon-Hyuk Im Voltage regulator with reduced power consumption in standby operating mode
RU2751078C1 (en) * 2020-11-19 2021-07-08 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Key voltage normalizer

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3430059A (en) * 1965-10-22 1969-02-25 Admiral Corp Voltage regulator circuit
SU425307A1 (en) * 1972-03-28 1974-04-25 А. А. Иванов DC AMP
SU1056159A1 (en) * 1982-08-05 1983-11-23 Предприятие П/Я А-3500 Pulse-type d.c. voltage regulator
US20060170403A1 (en) * 2005-01-28 2006-08-03 Joon-Hyuk Im Voltage regulator with reduced power consumption in standby operating mode
RU2751078C1 (en) * 2020-11-19 2021-07-08 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Key voltage normalizer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7402987B2 (en) Low-dropout regulator with startup overshoot control
US9665111B2 (en) Low dropout voltage regulator and method
US6680643B2 (en) Bandgap type reference voltage source with low supply voltage
WO1994022068A1 (en) Circuit to reduce dropout voltage in low dropout voltage regulator
KR20190095097A (en) Overcurrent limitation circuit, overcurrent limitation method and power source circuit
KR20120056222A (en) Constant current circuit and reference voltage circuit
TWI403873B (en) Power regulators, electronic systems, and methods for converting input voltage to output voltage
CN112269420A (en) Low dropout linear voltage stabilizing circuit for realizing current-limiting protection
CN114995570A (en) High-precision low-temperature-drift reference voltage circuit and debugging method thereof
RU2755670C1 (en) Voltage stabilizer for supply of electronic circuits
US4556805A (en) Comparator circuit having hysteresis voltage substantially independent of variation in power supply voltage
RU2775059C1 (en) Method for constructing a constant voltage stabilizer
RU209200U1 (en) DC Voltage Stabilizer
US9654074B2 (en) Variable gain amplifier circuit, controller of main amplifier and associated control method
RU2772113C1 (en) Compensation voltage stabilizer
RU165174U1 (en) DC COMPENSATION STABILIZER
US20220368288A1 (en) Amplifying Circuit and Voltage Generating Circuit
RU2282233C1 (en) Impulse stabilizer
JPS6139880A (en) Speed controller of dc motor
SU763869A1 (en) Dc voltage pulse stabilizer
SU338976A1 (en) STABILIZER OF CONSTANT VOLTAGE, ALL-UNION PLAIN-TEXGNESE LIBRARY
SU702361A1 (en) D-c stabilizer
SU1062669A1 (en) D.c. stabilizer
SU542986A1 (en) Reference Voltage Source
SU246604A1 (en)