RU2394266C1 - Balance-type voltage stabiliser - Google Patents
Balance-type voltage stabiliser Download PDFInfo
- Publication number
- RU2394266C1 RU2394266C1 RU2009118411/09A RU2009118411A RU2394266C1 RU 2394266 C1 RU2394266 C1 RU 2394266C1 RU 2009118411/09 A RU2009118411/09 A RU 2009118411/09A RU 2009118411 A RU2009118411 A RU 2009118411A RU 2394266 C1 RU2394266 C1 RU 2394266C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistor
- resistor
- emitter
- base
- collector
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Устройство относится к области электротехники и может быть использовано в качестве стабилизатора напряжения постоянного тока.The device relates to the field of electrical engineering and can be used as a DC voltage stabilizer.
Известны компенсационные стабилизаторы напряжения (CH), отличающиеся простотой, но не обладающие высоким коэффициентом стабилизации [Пат. №2313819 РФ. Стабилизатор постоянного напряжения / А.А.Мануйлов, И.А.Семенов - Опубл. 27.12.2007, Бюл. №36.].Known compensation voltage stabilizers (CH), characterized by simplicity, but not having a high stabilization coefficient [US Pat. No. 2313819 of the Russian Federation. DC voltage stabilizer / A.A. Manuylov, I.A.Semenov - Publ. 12/27/2007, Bull. No. 36.].
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является СН, приведенный на фиг.1 [Горошков Б.И. Радиоэлектронные устройства: Справочник. - М.: Радио и связь, 1984. - (Массовая радиобиблиотека; Вып.1076), рис.16.22.].The closest technical solution adopted for the prototype is CH, shown in figure 1 [B. Goroshkov Radio-electronic devices: Reference. - M .: Radio and communications, 1984. - (Massive radio library; Issue 1076), Fig. 16.22.].
Недостатком прототипа является недостаточно высокий коэффициент стабилизации по току нагрузки. Это объясняется не только конечным петлевым усилением и ненулевым выходным сопротивлением, но и изменением режима работы источника опорного напряжения при изменении тока нагрузки.The disadvantage of the prototype is the insufficiently high stabilization coefficient for the load current. This is explained not only by the finite loop gain and nonzero output resistance, but also by a change in the operating mode of the reference voltage source when the load current changes.
Для снижения коэффициента нестабильности по току нагрузки в схему прототипа, содержащую первый резистор, подключенный одним выводом к шине питания, второй резистор, подключенный одним выводом к общей шине, третий резистор, подключенный одним выводом к шине питания, первый транзистор, подключенный эмиттером к общей шине, а базой - ко второму выводу второго резистора, второй транзистор, подключенный базой к коллектору первого транзистора, третий транзистор, подключенный коллектором к шине питания, эмиттером - к выходной клемме, а базой - к эмиттеру второго транзистора, стабилитрон, подключенный катодом к выходной клемме, а анодом - к базе первого транзистора, введен полевой транзистор, подключенный истоком ко второму выводу первого резистора, стоком - к коллектору первого транзистора, а затвором - к соединению второго вывода третьего резистора с коллектором второго транзистора.To reduce the instability coefficient of the load current into the prototype circuit, containing the first resistor connected by one output to the power bus, the second resistor connected by one output to the common bus, the third resistor connected by one output to the power bus, the first transistor connected by the emitter to the common bus and the base to the second terminal of the second resistor, the second transistor connected by the base to the collector of the first transistor, the third transistor connected by the collector to the power bus, the emitter to the output terminal, and the base to the em ytter of the second transistor, a zener diode connected by a cathode to the output terminal, and an anode to the base of the first transistor, a field-effect transistor is introduced, connected by a source to the second output of the first resistor, by a drain to the collector of the first transistor, and a gate to the connection of the second output of the third resistor to the collector second transistor.
Схема прототипа приведена на фиг.1, заявляемого устройства - на фиг.2, а упрощенная схема прототипа - на фиг.3.The prototype diagram is shown in figure 1, the inventive device is shown in figure 2, and a simplified diagram of the prototype is shown in figure 3.
Заявляемый СН (фиг.2) содержит первый резистор 1, подключенный первым выводом к шине питания, второй резистор 2, подключенный первым выводом к общей шине, третий резистор 3, подключенный первым выводом к шине питания, первый транзистор 4, подключенный истоком ко второму выводу резистора 1, а затвором - ко второму выводу резистора 3, второй транзистор 5, подключенный эмиттером к общей шине, а базой - ко второму выводу резистора 2, третий транзистор 6, подключенный коллектором к затвору транзистора 4, а базой - к стоку транзистора 4 и коллектору транзистора 5, четвертый транзистор 7, подключенный коллектором к шине питания, эмиттером - к выходной клемме, а базой - к эмиттеру транзистора 6, стабилитрон 8, подключенный катодом к выходной клемме, а анодом - к базе транзистора 5.The inventive SN (Fig. 2) contains a first resistor 1 connected by a first terminal to a power bus, a
Прежде чем рассмотреть работу заявляемого устройства, рассмотрим работу упрощенной схемы прототипа (фиг.3), так как это необходимо для сопоставительного анализа. Выходное напряжение такого стабилизатора определяется суммой напряжений база-эмиттер транзистора VT1 Uбэ и стабилитрона VD1 Uст. Следовательно, приращение выходного напряжения dUвых, возникающее при воздействии дестабилизирующих факторов, определяется выражениемBefore you consider the operation of the claimed device, consider the work of a simplified circuit of the prototype (figure 3), as it is necessary for comparative analysis. The output voltage of such a stabilizer is determined by the sum of the voltages of the base-emitter of the transistor VT1 U BE and the zener diode VD1 U st . Therefore, the increment of the output voltage dU output arising from the influence of destabilizing factors is determined by the expression
где dUст и Uбэ - приращения напряжений стабилитрона VD1 и база-эмиттер транзистора VT1 соответственно.where dU st and U be are the voltage increments of the Zener diode VD1 and the base-emitter of the transistor VT1, respectively.
Приращения напряжений dUст и dUбэ можно выразить через соответствующие приращения токов стабилитрона и эмиттера транзистора VT1The voltage increments dU st and dU be can be expressed through the corresponding increments of the currents of the zener diode and emitter of the transistor VT1
где rст и dIст - соответственно, дифференциальное сопротивление и приращение тока стабилитрона VD1; rэ и dIэ - соответственно, дифференциальное сопротивление и приращение тока эмиттера транзистора VT1.where r article and dI article - respectively, the differential resistance and the current increment of the zener diode VD1; r e and dI e - respectively, the differential resistance and the increment of the emitter current of the transistor VT1.
Ток стабилитрона Iст равен сумме тока резистора R2 и тока базы транзистора VT1. Следовательно, приращение dIст определится выражениемThe current of the zener diode I st is equal to the sum of the current of the resistor R2 and the base current of the transistor VT1. Therefore, the increment dI st is determined by the expression
где dIR2 и dIб2 - приращения тока резистора R2 и базы транзистора VT2 соответственно; R2 - сопротивление резистора R2; β1 - коэффициент передачи по току транзистора VT1 в схеме с общим эмиттером.where dI R2 and dI B2 are the increments of the current of resistor R2 and the base of transistor VT2, respectively; R 2 is the resistance of the resistor R2; β 1 - current transfer coefficient of the transistor VT1 in a circuit with a common emitter.
Ток эмиттера выходного транзистора VT3 равен сумме тока нагрузки и Iст. Следовательно, справедливо выражениеThe emitter current of the output transistor VT3 is the sum of the load current and I st . Therefore, the expression
где dIэ3 и dIн - приращения эмиттера транзистора VT3 и тока нагрузки соответственно.where dI e3 and dI n are the increments of the emitter of the transistor VT3 and the load current, respectively.
Приращение тока dIэ3 можно выразить через dIэ, пренебрегая изменением тока резистора R1, (резистор R1 выполняет роль источника тока)The current increment dI e3 can be expressed through dI e , neglecting the change in the current of the resistor R1, (the resistor R1 acts as a current source)
где β2 и β3 - соответственно коэффициенты передачи по току транзисторов VT2 и VT3 в схеме с общим эмиттером, а член - (β2+1) выражает коэффициент преобразования тока коллектора транзистора VT2 в ток эмиттера транзистора VT2.where β 2 and β 3 are the current transfer coefficients of the transistors VT2 and VT3 in the circuit with a common emitter, and the term - (β 2 +1) expresses the conversion coefficient of the collector current of the transistor VT2 to the emitter current of the transistor VT2.
Из выражений (3)-(5) получаемFrom expressions (3) - (5) we obtain
Из выражений (2) и (3) получимFrom expressions (2) and (3) we obtain
откуда, с учетом (6), находимwhence, taking into account (6), we find
Полученное выражение (8) определяет нестабильность выходного напряжения прототипа по току нагрузки. Знак минус говорит о том, что с ростом тока нагрузки выходное напряжение уменьшается. Принимая практически справедливые допущения, что rэ<<R2, rст<<R2, а β1≈β2≈β3≈β>>1, получимThe resulting expression (8) determines the instability of the output voltage of the prototype according to the load current. A minus sign indicates that with increasing load current, the output voltage decreases. Assuming almost fair assumptions that r e << R 2 , r article << R 2 , and β 1 ≈β2≈β 3 ≈β >> 1, we obtain
Теперь аналогичным образом рассмотрим работу устройства (фиг.2). Принципиальное отличие работы заявляемого устройства от прототипа состоит в том, что введен транзистор 4, выполняющий роль источника тока, причем ток стока транзистора 4 зависит от тока нагрузки. В идеале при изменении тока нагрузки соответствующее изменение тока базы транзистора 6 компенсируется приращением тока стока транзистора 4, а не приращением тока коллектора (и, разумеется, эмиттера) транзистора 5. Следовательно, приращения опорного напряжения база-эмиттер транзистора 5 и результирующего выходного напряжения в таком случае не возникает.Now, in a similar way, we consider the operation of the device (figure 2). The fundamental difference between the operation of the claimed device from the prototype is that a
Можно показать, что выражение, аналогичное (8), для заявляемого устройства запишется в следующем виде:It can be shown that an expression similar to (8) for the inventive device will be written in the following form:
где r5 и r8 - дифференциальные сопротивления эмиттера транзистора 5 и стабилитрона 8 соответственно; R2 - сопротивление резистора 2; β5 и β7 - коэффициенты передачи по току в схеме с общим эмиттером транзисторов 5 и 7 соответственно; K6=-dI6/dI5 - коэффициент преобразования тока коллектора транзистора 5 в ток эмиттера транзистора 6; dI5 и dI6, - приращения тока коллектора транзистора 5 и тока эмиттера транзистора 6 соответственно.where r 5 and r 8 are the differential resistances of the emitter of
Для определения K6 учтем следующее:To determine K 6, consider the following:
где dI4 - приращение тока стока транзистора 4; β6 -коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером транзистора 6.where dI 4 is the increment of the drain current of the
где dU1 и dU3 - приращение напряжения на резисторах 1 и 3 соответственно; dU4 - приращение напряжения затвор-исток транзистора 4.where dU 1 and dU 3 are the voltage increment across
Уравнение (12) запишем через приращения токовWe write equation (12) through increments of currents
где R1 и R3 - сопротивление резисторов 1 и 3 соответственно; S - крутизна (передаточная проводимость) транзистора 4.where R 1 and R 3 - the resistance of the
Из (11) и (13) можно выразитьFrom (11) and (13) we can express
Отсюда можно вывести условие настройки, при котором K6 обращается в бесконечность, а нестабильность (10) - в нольFrom this we can derive a tuning condition under which K 6 goes to infinity, and instability (10) goes to zero
На практике для снижения режимной зависимости условия (15) следует применять транзистор 4 с максимальной крутизной, а транзистор 6 - минимальной режимной зависимостью β6. Допуская, что r5<<R2, r8<<R2, а β5≈β7≈β>>1, из (10) получимIn practice, to reduce the mode dependence of condition (15),
Заметим, что при R3=0 выражение (10) совпадает с (8), а (16) - с (9). При выполнении неравенства получаем K6>β6+1.Note that for R 3 = 0, expression (10) coincides with (8), and (16) coincides with (9). When inequality we get K 6 > β 6 +1.
На фиг.4 приведена схема, а на фиг.5 - соответствующие результаты схемотехнического моделирования. В моделируемой схеме к одному источнику питания для удобства сравнения подключены и прототип (левая часть фиг.4) и заявляемый СН (правая часть фиг.4), нагруженные резисторами Rn1 и Rn2, соответственно, которые подключены к управляемому источнику напряжения V2. На фиг.5 представлены графики, показывающие изменение выходного напряжения прототипа (линия со знаками □) и заявляемого СН (линия со знаками ◇) при изменении тока нагрузки Rn2 (горизонтальная ось). Из результатов моделирования можно сделать следующий вывод: при практически одинаковых выходных напряжениях и изменениях тока нагрузки абсолютное изменение выходного напряжения заявляемого СН (0,3 мВ) оказывается существенно меньше, чем в схеме прототипа (3,1 мВ).Figure 4 shows the diagram, and figure 5 shows the corresponding results of circuit simulation. In the simulated circuit, for the convenience of comparison, both the prototype (the left part of FIG. 4) and the inventive CH (the right part of FIG. 4), loaded with resistors Rn1 and Rn2, respectively, which are connected to a controlled voltage source V2, are connected to one power source for convenience of comparison. Figure 5 presents graphs showing the change in the output voltage of the prototype (line with signs □) and the claimed CH (line with signs ◇) when changing the load current Rn2 (horizontal axis). The following conclusion can be drawn from the simulation results: with almost the same output voltages and changes in the load current, the absolute change in the output voltage of the claimed SN (0.3 mV) is significantly less than in the prototype circuit (3.1 mV).
Таким образом, и проведенный анализ и данные схемотехнического моделирования подтверждают, что достигается заявляемый технический результат - снижение коэффициента нестабильности по току нагрузки.Thus, both the analysis and the data of circuit simulation confirm that the claimed technical result is achieved - a decrease in the coefficient of instability in the load current.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009118411/09A RU2394266C1 (en) | 2009-05-15 | 2009-05-15 | Balance-type voltage stabiliser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009118411/09A RU2394266C1 (en) | 2009-05-15 | 2009-05-15 | Balance-type voltage stabiliser |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2394266C1 true RU2394266C1 (en) | 2010-07-10 |
Family
ID=42684739
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009118411/09A RU2394266C1 (en) | 2009-05-15 | 2009-05-15 | Balance-type voltage stabiliser |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2394266C1 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2449342C1 (en) * | 2011-05-31 | 2012-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Reference-voltage source |
RU2488874C1 (en) * | 2012-07-10 | 2013-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Source of reference voltage determined through energy gap doubled width |
RU2504817C1 (en) * | 2012-09-28 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Source of reference voltage |
RU2683249C1 (en) * | 2018-06-28 | 2019-03-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Compensator voltage stabilizer |
CN112510993A (en) * | 2019-09-16 | 2021-03-16 | 奇源科技有限公司 | High voltage stabilizer |
RU2755670C1 (en) * | 2021-02-05 | 2021-09-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Voltage stabilizer for supply of electronic circuits |
RU2772113C1 (en) * | 2021-12-23 | 2022-05-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Compensation voltage stabilizer |
-
2009
- 2009-05-15 RU RU2009118411/09A patent/RU2394266C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2449342C1 (en) * | 2011-05-31 | 2012-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Reference-voltage source |
RU2488874C1 (en) * | 2012-07-10 | 2013-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Source of reference voltage determined through energy gap doubled width |
RU2504817C1 (en) * | 2012-09-28 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Source of reference voltage |
RU2683249C1 (en) * | 2018-06-28 | 2019-03-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Compensator voltage stabilizer |
CN112510993A (en) * | 2019-09-16 | 2021-03-16 | 奇源科技有限公司 | High voltage stabilizer |
RU2755670C1 (en) * | 2021-02-05 | 2021-09-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Voltage stabilizer for supply of electronic circuits |
RU2772113C1 (en) * | 2021-12-23 | 2022-05-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Compensation voltage stabilizer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2394266C1 (en) | Balance-type voltage stabiliser | |
TW421737B (en) | Reference voltage generation circuit | |
US7479821B2 (en) | Cascode circuit and semiconductor device | |
WO2019119264A1 (en) | Low dropout linear voltage regulator circuit | |
TWI448671B (en) | Temperature sensing device | |
US9740223B1 (en) | Regulator | |
KR20130047658A (en) | Constant current circuit and reference voltage circuit | |
CN102788647A (en) | Temperature sensing device | |
US20150370280A1 (en) | Voltage regulator with improved load regulation | |
TWI403873B (en) | Power regulators, electronic systems, and methods for converting input voltage to output voltage | |
CN104181971B (en) | A kind of reference voltage source | |
US11625057B2 (en) | Voltage regulator providing quick response to load change | |
CN107272811B (en) | A kind of low-temperature coefficient reference voltage source circuit | |
RU2480899C1 (en) | Source of reference voltage | |
CN116136698A (en) | Compensation circuit of error amplifier and voltage converter | |
CN115390606B (en) | Voltage regulator | |
RU2409830C1 (en) | Degenerative voltage stabiliser | |
CN112558680B (en) | Linear regulator and control circuit thereof | |
RU2383050C1 (en) | Parametric voltage stabiliser | |
CN114265461A (en) | Reference voltage source | |
CN113885639A (en) | Reference circuit, integrated circuit, and electronic device | |
RU2772113C1 (en) | Compensation voltage stabilizer | |
CN207037520U (en) | A kind of low-temperature coefficient reference voltage source circuit | |
CN109308090B (en) | Voltage stabilizing circuit and method | |
KR101089896B1 (en) | Low drop out regulator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110516 |