SU922698A1 - Компенсационный стабилизатор посто нного напр жени - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть применено в качестве вторичного источника питани  узлов электроизмерительной, вычислительной и рентгеновской аппаратуры.

Известны схемы компенсационных стабилизаторов напр жени  с однокаскадным дифференциальным усилителем обратной св зи, в которых дл  увеличени  коэффициента стабилизации и уменьшение выходного сопротивлени  используетс  активна  или динамическа  нагрузка. Например компенсационные стабилизаторы напр жени  в интегральном использовании К142ЕЯ1, К142Ш2 содержат транзисторный регулирующий элемент, источник опорного напр жени , делитель выходного напр жени  и однокаскадный усилитель обратной св зи с активной нагрузкой в-виде полевого транзистора, включенного по схеме генератора тока Д .

Известен также компенсационный стабилизатор напр жени , содержащий регулирующий элемент, источник опорного напр жени  и делитель выходного напр жени , , усилитель обратной св зи в котором выполнен с динамической нагрузкой на бипол рных транзистоЕЗах 121 .

Недостатками данных стабилизаторов  вл ютс  низкий коэффициент стабилизации и высокое выходное сопротивлес ние в широком диапазоне регулировани  выходного напр жени , обусловленные малым выходным сопротивлени ём активной нагрузки и шунтиррваниегд ее невысоким входным сопротивление, ре1Q гулирующего элемента.

Указанн|ле недостатки, а также низкое быстродействие значительно сужают функциональные возможности и, следовательно, область применени  15 данных стабилизаторов напр жени . Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  компенсационный стабилизатор посто нного напр жени  в интегральном исполнении, содержащий регулирующий элемент с п-канальным полевым транзистором на входе, источник опорноVO напр жени , делитель выходного напр жени  и однокаскадный диф25 фёренциальный усилитель обратной св зи с динамической нагрузкой, содержащий бипол рный транзистор и элемент односторонней проводимости. Один вход усилител  соединен с источником

30 опорного напр жени , а другой - с выходом делител  выходного напр жени  3 . Наличие в регулирующем элементе согласующего полевого транзистора, обладающего высоким входным сопротивлением , позвол ет снизить шунтирующее действие регулирующего транзистора , что приводит к увеличению коэффициента усилени  усилител  и, Следовательно, к повышению коэффициента стабилизации стабилизатора, а также к снижению выходного сопротивлени . Однако улучшение указанных - параметров незначительно, что не дает возможности использовать подобные стабилизаторы напр жени  в прецизионных устройствах и приборах дл  научных исследований. Цель изобретени  - расширение фун кциональных возможностей стабилизато ра путем повышени  коэффициента стабилизации , уменьшени  выходного сопротивлени  и увеличени  быстродействи  в широком диапазоне регулировани  выходного напр жени . Поставленна  цель достигаетс  тем чтЪ компенсационный стабилизатор нап р жени , содержащий регулирующий эле мент с полевым транзистором на входе , источник опорного напр жени , подключенный к выходным выводам стабилизатора , дифференциальный усилитель обратной св зи с включенными по схеме с общим эмиттером входными транзисторами, одним входом соединен вый с выходом источника опорного нап р жени , а другим - с выходом делите л  выходного напр жени , причем динамическа  нагрузка дифференциального усилител  обратной св зи включает в себ  бипол рный транзистор и диод, снабжен парой усилительных транзисто ров, эмиттерами соединенных с коллекторами транзисторов дифференциального усилител  обратной св зи, полевым транзистором динамической нагрузки, исток которого через введенный дополнительный резистор подключен к базе бипол рного транзистора и аноду диода динамической нагруз ки, сток - к коллектору одного из усилительных транзисторов и через введенный проходной диод - к управ-. л ющему входу регулирующего элемента , затвор - к коллектору другого усилительного транзистора и коллектору бипол рного транзистора динамической нагрузки, причем обща  точка баз усилительных транзисторов соединена с выходом введенной резистивнодиодной цепочки, включенной между входным силовым выводом регулирующего элемента и эмиттером введенного вспомогательного транзистора, база которого подключена к эмиттерам вход ных транзисторов усилител  обратной св зи, а коллектор - к общей шине стабилизатора. На чертеже изображена схема предлагаемого компенсационного стабилизатора посто нного напр жени . Компенсационный стабилизатор посто нного напр жени  содержит регулирующий элемент 1 с полевым, например п-канальным, транзистором 2 на входе, источник 3 опорного напр жени , делитель 4 выходного напр жени . Однокаскадный дифференциальный усилитель 5 обратной св зи выполнен со сложной динамической нагрузкой 6. Входные (Транзисторы 7 и 8, например п-р-п типа, усилител  5 включейы по схеме с общим эмиттером (ОЭ), усилительные транзисторы 9 и 10 усилител  5 - по схеме с общей базой (ОБ). База транзистора 7 соединена с источником 3 опорного напр жени , а база транзисто ра 8 - с выходом 11 делител  4 выходного напр жени . Коллектор усилительного транзистора 10 соединен со стоком нагрузочного полевого транзистора 12, в данном случае р-канального, и через проходной диод 13 - с управл ющим входом регулирующего элемента 1, т.е. затвором полевого транзистора 2. Исток транзистора 13 через резистор 14 и опорный диод 15 соединен с эмиттером нагрузочного транзистора 16 с типом проводимости, обратной транзисторам 7-10 дифференциального усилител  5 (в данном случае р-п-р типа). База транзистора 16 соединена с катодом опорного диода 15, а коллектор - с затвором полевого транзистора 13 и коллектором усилительного транзистора 9. Базы транЗИСТОРО .В 9 и 10 соединены с выходом 17 резистивно-диодной цепочки 18, котора  включена в эмиттерную цепь дополнительного транзистора 19 также обратного типа проводимости. Его коллектор соединен с общей отрицательной шиной стабилизатора, а база с эмиттерами входных транзисторов 7 и 8 усилител  5. Стабилизатор работает следующим образом. В исходном состо нии на выходе регулирующего элемента 1 и стабилизатора в целом имеетс  номинальное или установленное выходное напр жение , величина которого определ етс  значени ми опорного напр жени  источника 3 и коэффициентом делени  делител  4. При этом напр жени  на базах входных транзисторов 7 и 8, например типа, усилител  5, включены по схеме с ОЭ, равны опорному напр жению. Напр жение на базах усилительных транзисторов 9 и 10, также р-п-р типа, включенных по схеме с ОБ, практически зафиксированы относительно потенциала эмиттеров транзисторов 7 и 8 на уровне, определ емом суммой падений напр жени  на двух диодах резистивно-диодной цепочки 18 и эмиттер-базовом переходе дополнительного транзистора 19 обратного типа проводимости. Выходное напр жение усилител  5, снимаемое с коллектора усилительного тран зистора 10 (или со стока нагрузочного полевого транзисто)а 12), подаетс  через проходной диод 13 на управл ющий вход регулирующего элемента 1 (затвор полевого транзистора 2), обеспечива  необходимое выходное напр жение стабилизатора. Рассмотрим работу стабилизатора |при воздействии дестабилизирующих фа торов: изменений входного напр жени  и тока нагрузки. При изменении входного напр жени  на выходе стабилизатора также начинает по вл тьс  синфазное изменение напр жени . Часть этого изменени , например положитель ного приращени , снимаетс  с выхода 11 делител  4 и поступает на базу выходного транзистора 8. Вследствие этого происходит увеличение тока базы и токов эмиттера и коллектора тра зистора 8, напр жение на базе транзистора 7, св занной с источником 3 опорного напр жени , остаетс  посто нным . Поэтому по принципу действи  дифференциального каскада усилени  происходит противофазное изменение . тока базы к токов эмиттера и коллектора транзистора 7. Указанные изменени  коллекторных токов транзисторов 7 и 8 привод т к соответствующим изменени м токов эмиттеров транзисторов 9 и 10, включенных по схеме с ОБ. Увеличение тока эмиттера транзистора 10 приводит к увеличению кол лекторного тока этого транзистора и тока .стока нагрузочного полевого транзистора 12, что приводит к воз-, растанию напр жени  на динамической нагрузке б, и соответственно к умень шению выходного напр жени  усилител  5. Поскольку выходное напр жение усилител  5 становитс  более отрицательным , то оно через проходной диод 13 вызывает уменьшение напр жени  на затворе полевого транзистора 2 и, следовательно, на выходе регулирующего элемента 1 и стабилизатора в целом. Оставша с  нескомпенсированной некотора .часть изменени  выходного напр жени  стабилизатора имеет незначительную величину благодар  высокому коэффициенту усилени  усили тел  5 и представл ет собой ошибку стабилизации, т.е. нестабильность вы ходного напр жени . Следовательно,ко эффициент стабилизации имеет большую величину. Эффект действи  динамической нагрузки усилител  5, т.е. получение большого выходного сопротивлен нагрузки, обусловлен несколькими фак торами. Во-первых, при возрастании тока стока увеличиваетс  напр жение на переходе сток-исток нагрузочного полевого транзистора 12 пропорционально его внутреннему сопротивлению, которое дополнительно увеличиваетс  благодар  наличию в цепи истока резистора 14 и диода 15. Во-вторых, выходное сопротивление динамической нагрузки 6 усилител  5 возрастает в нексолько раз (в 4-5 раз) за счет уменьшени  напр жени  на затворе нагрузочного полевого транзистора 12, обусловленного уменьшением напр жени  на переходе коллектор-база нагрузочного бипол рного транзистора 16 вследствие отмеченного уменьшени  коллекторного тока этого транзистора. Аналогично работает стабилизатор и при воздействии другого дестабилизирующего фактора - изменени  тока нагрузки. Уменьшение тока нагрузки вызывает увеличение выходного напр жени  стабилизатора, что приводит к увеличению потенциала базы выходного транзистора 8 усилител  5 обратной св зи , а следовательно, к увеличению тока эмиттера и коллектора транзистора 8, увеличению тока коллектора транзистора 10 и тока стока нагрузочного полевого транзистора 12. Вследствие этого напр жени  на динамической нагрузке 6 возрастает, а выходное напр жение усилител  5 и напр жение на затворе полевого транзистора 2 уменьшаютс , что приводит к уменьшению напр жени  на выходе регулирующего элемента 1. В результате увеличение выходного напр жени , вызванное изменением тока нагрузки, оказываетс  скомпенсированным с большой точностью. Следовательно, значительное увеличение коэффициента усилени  усилител  5, обусловленное применением сложной динамической нагрузки 6 с высоким выходным сопротивлением , позвол ет существенно уменьшить выходное сопротивление стабилизатора в широком диапазоне регулировани  выходного напр жени . Повышение быстродействи  предлагаемого стабилизатора напр жени , т.е. более быстра  реакци  на изменени  выходного напр жени  и тока нагрузки , обусловлено следующими особеннос тми схемы. Во-первых, напр жение на переходах коллектор-база входных транзисторов 7 и 8 усилител  5 имеют малую величину и практически не измен ютс  благодар  св зи базы усилительных транзисторов 9 и 10 с выходом 17 резистивно-диодной цепочки 18, включенной в эмиттерной цепи дополнительного транзистора 19. Следовательно , перазитна  емкость переходоЕ коллектор-база в кодных транзисторов 7 и 8 имеет малую, величину, и практически не происходит ее перезар д

при изменени х токов переходов этих транзисторов. Это обсто тельство вместе с тем фактором, что нагрузкой входных транзисторов 7 и 8  вл ютс  низкоомные входные сопротивлени  усилительных транзисторов 9 и 10, обуславливает высокое быстродействие работы входных транзисторов 7 и 8, хот  они и включены по схеме с ОЭ, Во-вторых, включение усилительных транзисторов 9 и 10.по схеме с ОБ позвол ет обеспечить высокое быстродействие их работы из-за высокой граничной частоты коэффициента усилв нид по току, малой входной емкости, отсутстви  известного эффекта Миллера , а также высокого выходного сопротивлени  динамической нагрузки б усилител  5.

Предлагаема  схема компенсационного стабилизатора напр жени  позволила .увеличить коэффициент стабилизации в 3-4 раза, снизить выходное сопротивление в 4-5 раз и получить высокое быстродействие {1,5-12 мкс),, которое не достигнуто ни в одном из известных стабилизаторов напр жени . При этом предел регулировани  выходного напр жени  составл ет ЗВ-ЗОВ. .

. Предлагаемый компенсационный стабилизатор напр жени  реализуетс ;в виде интегральной микросхемы, выполненной по гибридно-пленочной технологии . Это позвол ет обеспечить хорошую воспроизводимость и стабильность параметров стабилизатора, снизить вли ние паразитных емкостей монтажа, что .очень важно дл  обеспечени  высокого быстродействи . В результате значительнорасшир ютс  функциональные возможности стабилизатора напр жени , что позвол ет удовлетворить практически все требовани , предъ вл емые к источникам питани  прецизионных устройств аппаратуры дл  научных исследований.

Claims (2)

1.Пол ийн К.П. Интегральные стабилизаторы напр жени . М., Энерги ,

5 1979.

2.Компенсационный стабилизатор напр жени  LM 376 фирмы Nationat Semiconductor (CIilAJ , Ijinear integrated circuit D.A.T.A.Book, 1976.

0 3 Компенсационный стабилизатор в интегральном исполнении типа NC 562 фирмы General Instruments (ОНА) Linear integrated circuit D.A.Т.A.Book, 1976.