RU2767990C1 - Стабилизатор напряжения питания электронных схем - Google Patents
Стабилизатор напряжения питания электронных схем Download PDFInfo
- Publication number
- RU2767990C1 RU2767990C1 RU2021129168A RU2021129168A RU2767990C1 RU 2767990 C1 RU2767990 C1 RU 2767990C1 RU 2021129168 A RU2021129168 A RU 2021129168A RU 2021129168 A RU2021129168 A RU 2021129168A RU 2767990 C1 RU2767990 C1 RU 2767990C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channel
- field
- effect transistor
- voltage
- source
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
- G05F1/10—Regulating voltage or current
- G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
- G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
- G05F1/565—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Continuous-Control Power Sources That Use Transistors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве стабилизатора напряжения питания при создании микромощных электронных схем с автономным электропитанием. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей. Стабилизатор напряжения питания электронных схем содержит нестабильный источник напряжения; полевой транзистор с р-n-переходом и n-каналом; полевой транзистор с р-n-переходом и р-каналом; полевой транзистор с индуцированным n-каналом; три резистора; нагрузку. 4 ил., 1табл.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве стабилизатора напряжения питания при создании микромощных электронных схем с автономным электропитанием.
Уровень техники
Известен стабилизатор постоянного напряжения [SU А.С. №1129594 Стабилизатор постоянного напряжения], содержащий включенный в силовую цепь регулирующий транзистор, узел обратной связи, входы которого подключены к выходному выводу и общей шине, а выход к базе регулирующего транзистора и через регулируемый двухполюсник к входному выводу, причем регулируемый двухполюсник выполнен в виде параллельно соединенных потенциометра и λ-транзистора, состоящего из двух включенных последовательно полевых транзисторов разного типа проводимости, при этом сток первого транзистора подключен к входному выводу, затвор первого транзистора соединен со стоком второго транзистора и базой регулирующего транзистора, затвор второго транзистора является управляющим выводом λ-транзистора и подключен к средней точке потенциометра, крайние выводы которого подключены между входным выводом и базой регулирующего транзистора.
Недостатком данного устройства является значительная сложность схемной реализации.
Известен стабилизатор напряжения питания электронных схем (патент RU № 2727713, МПК G05F 3/16).
Стабилизатор напряжения питания электронных схем содержит: регулирующий биполярный транзистор n-p-n типа в виде эмиттерного повторителя, коллектор которого подключен к потенциальному выходу нестабильного источника напряжения; полевой транзистор с р-n-переходом и n-каналом, сток которого соединен с коллектором регулирующего транзистора; потенциометр в виде двух последовательно соединенных резисторов, при этом свободный вывод первого резистора присоединен к базе регулирующего транзистора; и нагрузку, включенную между эмиттером биполярного транзистора и общей шиной источника, исток полевого транзистора подключен к точке соединения базы биполярного транзистора и первого резистора, затвор полевого транзистора подключен к точке соединения первого и второго резисторов, а свободный вывод второго резистора соединен с общей шиной через два последовательно включенных в прямом направлении полупроводниковых диода.
Недостатком данного устройства являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные:
- низким коэффициентом полезного действия по мощности;
- низким коэффициентом стабилизации по напряжению;
- низким коэффициентом стабилизации тока по входному напряжению.
Наиболее близким аналогом - прототипом к заявляемому техническому решению является стабилизатор напряжения питания электронных схем (патент RU № 2755670, МПК G05F 1/565).
Стабилизатор напряжения питания электронных схем содержащий нестабильный источник напряжения, полевой транзистор с р-n-переходом и n-каналом, первый и второй резисторы, полевой транзистор с индуцированным n-каналом, нагрузку, причем сток полевого транзистора с р-n-переходом и n-каналом соединен со стоком полевого транзистора с индуцированным n-каналом и потенциальным выходом нестабильного источника напряжения, второй выход которого служит общей шиной устройства, исток полевого транзистора с р-n-переходом и n-каналом подключен к затвору транзистора с индуцированным n-каналом и первому выводу первого резистора, второй вывод которого соединен с затвором полевого транзистора с р-n-переходом и n-каналом и первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с общей шиной, исток полевого транзистора с индуцированным n-каналом через нагрузку подключен к общей шине источника напряжения.
Недостатком данного устройства являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные:
- низким коэффициентом полезного действия по мощности;
- низким коэффициентом стабилизации по напряжению;
- низким коэффициентом стабилизации тока по входному напряжению.
Раскрытие изобретения
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к расширению функциональных возможностей.
Технический результат достигается тем, что в стабилизатор напряжения питания электронных схем, содержащий: нестабильный источник напряжения; полевой транзистор с р-n-переходом и n-каналом; резистор; полевой транзистор с индуцированным n-каналом; нагрузку, причем сток полевого транзистора с р-n-переходом и n-каналом соединен со стоком полевого транзистора с индуцированным n-каналом и потенциальным выходом нестабильного источника напряжения, второй выход которого служит общей шиной устройства; исток полевого транзистора с р-n-переходом и n-каналом подключен к затвору транзистора с индуцированным n-каналом и первому выводу резистора, второй вывод которого соединен с затвором полевого транзистора с р-n-переходом и n-каналом; исток полевого транзистора с индуцированным n-каналом через нагрузку подключен к общей шине устройства, введены полевой транзистор с р-n-переходом и р-каналом, второй и третий резисторы, причем сток полевого транзистора с р-n-переходом и р-каналом через второй резистор подключен к затворам полевых транзисторов с р-n-переходом как n-, так и р-каналами, а также ко второму выводу первого резистора; исток полевого транзистора с р-n-переходом и р-каналом через третий резистор соединен с общей шиной устройства.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлена функциональная схема стабилизатора напряжения питания электронных схем.
На фиг.2 представлена модель исследования параметров схемы устройства при температуре -40 °С и напряжении источника 1: 7,7 В (фиг.2.а); 9 В (фиг.2.б); 12 В (фиг.2.в).
На фиг.3 представлена модель исследования параметров схемы устройства при температуре 25 °С и напряжении источника 1: 7,7 В (фиг.3.а); 9 В (фиг.3.б); 12 В (фиг.3.в).
На фиг.4 представлена модель исследования параметров схемы устройства при температуре 50 °С и напряжении источника 1: 7,7 В (фиг.4.а); 9 В (фиг.4.б); 12 В (фиг.4.в).
Осуществление изобретения
Стабилизатор напряжения питания электронных схем, содержащий: нестабильный источник 1 напряжения; полевой транзистор 2 с р-n-переходом и n-каналом; полевой транзистор 3 с р-n-переходом и р-каналом; полевой транзистор 4 с индуцированным n-каналом; резисторы 5, 6 и 7; нагрузку 8, причем сток полевого транзистора 2 с р-n-переходом и n-каналом соединен со стоком полевого транзистора 4 с индуцированным n-каналом и потенциальным выходом нестабильного источника 1 напряжения, второй выход которого служит общей шиной устройства; исток полевого транзистора 2 с р-n-переходом и n-каналом подключен к затвору транзистора 4 с индуцированным n-каналом и через резистор 5 к затворам полевых транзисторов 2, 3 с р-n-переходом и n- и р-каналами, первому выводу резистора 6, второй вывод которого соединен со стоком полевого транзистора 3 с р-n-переходом и р-каналом; исток полевого транзистора 3 с р-n-переходом и р-каналом через резистор 7 соединен с общей шиной устройства.
Стабилизатор напряжения питания электронных схем работает следующим образом.
Полевой транзистор 2 с р-n-переходом и n-каналом и резистор 5 представляют собой стабилизатор тока, нагрузкой которого служат полевой транзистор 3 с р-n-переходом и р-каналом, и резисторы 6, 7.
Фактически полевой транзистор 3 с р-n-переходом и р-каналом и резисторы 6, 7 выполняют роль регулируемого сопротивления.
С учетом стабилизации тока напряжение, снимаемое с последовательно соединенных резистора 5 и регулируемого сопротивления, поступающее на затвор полевого транзистора 4 с индуцированным n-каналом, оказывает стабилизирующее воздействие. За счет отрицательной обратной связи при постоянном напряжении на затворе транзистора 4 с индуцированным n-каналом величина изменения напряжения в нагрузке 8 оказывается существенно меньше величины прироста напряжения источника 1 и, таким образом, осуществляется стабилизация уровня выходного напряжения.
Максимальная величина выходного напряжения стабилизатора при минимальном напряжении источника 1 может быть только такой, чтобы их разность поддерживала полевые транзисторы 2, 3 и 4 в активном режиме.
Исходя из требуемой величины выходного напряжения стабилизатора и тока нагрузки 8, по коэффициенту усиления полевого транзистора 4 с индуцированным n-каналом определяется необходимое напряжение на затворе. Величины сопротивления резистора 5 и регулируемого сопротивления на базе полевого транзистора 3 с р-n-переходом и р-каналом и резисторов 6, 7 выбираются таким образом, чтобы ток через них (напряжение падения на них) обеспечивал поддержание полевого транзистора 4 с индуцированным n-каналом в активном режиме.
При минимально возможном напряжении источника 1 подбирается величина резистора 5 таким образом, чтобы при увеличении напряжения источника 1 изменение уровня напряжения на истоке полевого транзистора 4 с р-n-переходом и n-каналом и, соответственно, на затворе полевого транзистора 4 с индуцированным n-каналом не превышало плюс 5% от первоначальной величины. При этом величина напряжения между истоком и затвором полевого транзистора 2 с р-n-переходом и n-каналом, является напряжением отсечки, которое определяется током делителя образованного сопротивлением канала полевого транзистора 2 и резистора 5. Как правило, эта величина напряжения оказывается недостаточной для поддержания полевого транзистора 4 с индуцированным n-каналом в активном режиме, поэтому для установки необходимого напряжения в нагрузке 8 и используется дополнительное сопротивление. В данном случае регулируемое сопротивление на базе полевого транзистора 3 с р-n-переходом и р-каналом и резисторов 6, 7.
Ток стока полевых транзисторов 2, 3, 4, используемых в схеме стабилизатора, характеризуется температурной зависимостью. Причем если в случае полевых транзисторов 2 и 3 в силу незначительной величины протекающего тока и стабилизирующего эффекта температурные изменения тока стока крайне малы, то в случае полевого транзистора 4, ток стока которого имеет существенную величину, температурный режим оказывает более значительное влияние (фиг.2, 3, 4 (а), фиг.2, 3, 4 (б), фиг.2, 3, 4 (в)). При этом степень «значительности» может быть существенно снижена при обеспечении работы полевого транзистора 4 в режиме нахождения рабочей точки в окрестностях точки с нулевым температурным коэффициентом смещения (термостабильной точки) (П.Хоровиц, У.Хилл. «Искусство схемотехники», М.: БИНОМ, 2014 г., с.130, рис.3.13). Однако при этом следует учесть, что «термостабильный режим» жестко связан с напряжением источника 1, током стока и напряжением на затворе транзистора 4, сопротивлением нагрузки 8, а значит, в условиях применения нестабильного источника 1 напряжения полная реализация «термостабильного режима» достаточно проблематична.
Как показали результаты моделирования предлагаемого стабилизатора напряжения в сравнении с прототипом (таблица), использование в составе схемы устройства регулируемого сопротивления на базе полевого транзистора 3 с р-n-переходом и р-каналом и резисторов 6, 7, в отличие от резистора постоянного сопротивления, как в прототипе, обеспечивает существенный выигрыш, в частности:
- по «Коэффициенту полезного действия по мощности» в среднем на 6,3%.
- по «Коэффициенту стабилизации по напряжению» в среднем на 9,3%;
- по «Коэффициенту стабилизации тока по входному напряжению» в среднем на 1,8%,
при практически неизменном температурном коэффициенте напряжения.
Что позволяет сделать вывод, что в целом предлагаемое устройство обладает более широкими функциональными возможностями в сравнении с прототипом.
Таблица 1 - Результаты моделирования предлагаемого стабилизатора напряжения в сравнении с прототипом
| Температура, °С | Напряжение источника, В | Ток источника, мА |
Напряжение на нагрузке, В |
Ток в нагрузке, мА |
КПД по мощности, % |
Коэффициент стабилизации по напряжению | Коэффициент стабилизации тока по входному напряжению | ТКН, % |
|||||||
| Разр. | Прот. | Разр. | Прот. | Разр. | Прот. | Разр. | Прот. | Разр. | Прот. | Разр. | Прот. | Разр. | Прот. | ||
| -40 | 7,7 | 63,30 | 57,929 | 6,896 | 6,305 | 62,687 | 57,316 | 88,691 | 81,015 | 332,2 | 303,7 | 292,2 | 285,6 | -0,0137 | -0,0138 |
| 9 | 63,331 | 57,958 | 6,899 | 6,308 | 62,718 | 57,345 | 75,914 | 69,348 | ----- | ----- | ----- | ----- | -0,0137 | -0,0138 | |
| 12 | 63,403 | 58,025 | 6,906 | 6,315 | 62,789 | 57,411 | 56,993 | 52,068 | 328,5 | 300,4 | 294,5 | 289,6 | -0,0133 | -0,0133 | |
| 25 | 7,7 | 62,741 | 57,422 | 6,835 | 6,249 | 62,128 | 56,808 | 87,899 | 80,288 | 329,2 | 301,0 | 256,5 | 248,8 | ----- | ----- |
| 9 | 62,776 | 57,454 | 6,838 | 6,252 | 62,163 | 56,841 | 75,236 | 68,725 | ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | |
| 12 | 62,856 | 57,528 | 6,847 | 6,261 | 62,242 | 56,914 | 56,501 | 51,618 | 253,3 | 231,6 | 262,3 | 259,6 | ----- | ----- | |
| 50 | 7,7 | 62,550 | 57,249 | 6,813 | 6,230 | 61,937 | 56,636 | 87,613 | 80,043 | 246,2 | 225,1 | 248,7 | 248,1 | -0,0129 | -0,0122 |
| 9 | 62,586 | 57,283 | 6,817 | 6,234 | 61,973 | 56,669 | 75,003 | 68,524 | ----- | ----- | ----- | ----- | -0,0123 | -0,0115 | |
| 12 | 62,668 | 57,360 | 6,825 | 6,242 | 62,055 | 56,746 | 56,319 | 51,460 | 284,0 | 259,8 | 251,9 | 245,3 | -0,0129 | -0,0121 | |
* Разр. - разработанный стабилизатор напряжения
** Прот. - прототип
*** В схеме предлагаемого стабилизатора напряжения, как и в прототипе, применены: полевой транзистор (2) с р-n переходом и n-каналом типа BFR30; полевой транзистор (4) с индуцированным n-каналом типа 2SK133; резистор (5) сопротивлением 3 кОм; нагрузка (8) сопротивлением 110 Ом. А также: полевой транзистор (3) с р-n переходом и р-каналом типа 2N3332; резистор (6) сопротивлением 1 кОм; резистор (7) сопротивлением 6,5 кОм.
**** Расчет параметров проводился с опорой на напряжение 9 В и температуру 25°С.
Claims (1)
- Стабилизатор напряжения питания электронных схем, содержащий нестабильный источник напряжения, полевой транзистор с р-n-переходом и n-каналом, резистор, полевой транзистор с индуцированным n-каналом, нагрузку, причем сток полевого транзистора с р-n-переходом и n-каналом соединен со стоком полевого транзистора с индуцированным n-каналом и потенциальным выходом нестабильного источника напряжения, второй выход которого служит общей шиной устройства; исток полевого транзистора с р-n-переходом и n-каналом подключен к затвору транзистора с индуцированным n-каналом и первому выводу резистора, второй вывод которого соединен с затвором полевого транзистора с р-n-переходом и n-каналом, исток полевого транзистора с индуцированным n-каналом через нагрузку подключен к общей шине устройства, отличающийся тем, что в устройство введены полевой транзистор с р-n-переходом и р-каналом, второй и третий резисторы, причем сток полевого транзистора с р-n-переходом и р-каналом через второй резистор подключен к затворам полевого транзистора с р-n-переходом и n-каналом, и полевого транзистора с р-n-переходом и р-каналом, а также ко второму выводу первого резистора, исток полевого транзистора с р-n-переходом и р-каналом через третий резистор соединен с общей шиной устройства.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021129168A RU2767990C1 (ru) | 2021-10-06 | 2021-10-06 | Стабилизатор напряжения питания электронных схем |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021129168A RU2767990C1 (ru) | 2021-10-06 | 2021-10-06 | Стабилизатор напряжения питания электронных схем |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2767990C1 true RU2767990C1 (ru) | 2022-03-22 |
Family
ID=80819606
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021129168A RU2767990C1 (ru) | 2021-10-06 | 2021-10-06 | Стабилизатор напряжения питания электронных схем |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2767990C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1129594A1 (ru) * | 1983-08-24 | 1984-12-15 | Chemerisov Boris | Стабилизатор посто нного напр жени |
| US5629608A (en) * | 1994-12-28 | 1997-05-13 | Intel Corporation | Power regulation system for controlling voltage excursions |
| US5852359A (en) * | 1995-09-29 | 1998-12-22 | Stmicroelectronics, Inc. | Voltage regulator with load pole stabilization |
| RU2727713C1 (ru) * | 2019-12-23 | 2020-07-23 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Стабилизатор напряжения питания электронных схем |
| RU2755670C1 (ru) * | 2021-02-05 | 2021-09-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Стабилизатор напряжения питания электронных схем |
-
2021
- 2021-10-06 RU RU2021129168A patent/RU2767990C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1129594A1 (ru) * | 1983-08-24 | 1984-12-15 | Chemerisov Boris | Стабилизатор посто нного напр жени |
| US5629608A (en) * | 1994-12-28 | 1997-05-13 | Intel Corporation | Power regulation system for controlling voltage excursions |
| US5852359A (en) * | 1995-09-29 | 1998-12-22 | Stmicroelectronics, Inc. | Voltage regulator with load pole stabilization |
| RU2727713C1 (ru) * | 2019-12-23 | 2020-07-23 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Стабилизатор напряжения питания электронных схем |
| RU2755670C1 (ru) * | 2021-02-05 | 2021-09-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Стабилизатор напряжения питания электронных схем |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9665111B2 (en) | Low dropout voltage regulator and method | |
| US20040150381A1 (en) | Bandgap reference circuit | |
| US3886435A (en) | V' be 'voltage voltage source temperature compensation network | |
| JPH0327934B2 (ru) | ||
| US8476967B2 (en) | Constant current circuit and reference voltage circuit | |
| US9110485B2 (en) | Band-gap voltage reference circuit having multiple branches | |
| TW200937167A (en) | Low drop out voltage regulator | |
| RU2755670C1 (ru) | Стабилизатор напряжения питания электронных схем | |
| CN108363447B (zh) | 一种具有工艺补偿的低温度系数全mos型电流源电路 | |
| TWI673592B (zh) | 用於產生輸出調節電壓的低壓差穩壓器 | |
| US20160139621A1 (en) | Voltage reference source and method for generating a reference voltage | |
| US5488329A (en) | Stabilized voltage generator circuit of the band-gap type | |
| US10437274B2 (en) | Reference voltage generator | |
| RU2767990C1 (ru) | Стабилизатор напряжения питания электронных схем | |
| US20100194465A1 (en) | Temperature compensated current source and method therefor | |
| US11625057B2 (en) | Voltage regulator providing quick response to load change | |
| US10993300B1 (en) | Low power consumption LED constant current drive circuit | |
| CN204087031U (zh) | 电路 | |
| US20020125937A1 (en) | Bandgap reference voltage circuit | |
| RU2727713C1 (ru) | Стабилизатор напряжения питания электронных схем | |
| US7091712B2 (en) | Circuit for performing voltage regulation | |
| CN115079762B (zh) | 低压差线性稳压器电路 | |
| US20160342172A1 (en) | Low-voltage current mirror circuit and method | |
| RU2771355C1 (ru) | Стабилизатор напряжения питания электронных схем | |
| RU2795282C1 (ru) | Электронный стабилизатор постоянного напряжения |