СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ


RU (11) 2211477 (13) C1

(51) 7 G05F1/56 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 11.01.2009 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2002100748/09 
(22) Дата подачи заявки: 2002.01.08 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2002.01.08 
(45) Опубликовано: 2003.08.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: National Semiconductors Data Book, 1984, p.243, p.145. RU 2006061 С1, 15.01.1994. RU 2151459 С1, 20.06.2000. SU 1374200 А, 15.02.1988. JP 2000132249 А, 12.05.2000. 
(71) Заявитель(и): Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса 
(72) Автор(ы): Маков С.В.; Попов А.Э. 
(73) Патентообладатель(и): Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса 
Адрес для переписки: 346500, Ростовская обл., г. Шахты, ул. Шевченко, 147, ЮРГУЭС, патентный отдел 

(54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ 

Использование: в источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Технический результат заключается в снижении тока потребления стабилизатора. Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий первый и второй транзисторы, источник тока, первым выводом подключенный к общей шине, а вторым - к точке соединения эмиттеров первого и второго транзисторов, делитель напряжения, включенный между выходом стабилизатора и общей шиной, выход которого подключен к базе второго транзистора, повторитель тока, вход которого подключен к коллектору второго транзистора, а выход подключен к коллектору первого транзистора, база первого транзистора подключена к источнику опорного напряжения, третий транзистор базой подключен к точке соединения выхода повторителя тока и коллектора первого транзистора, четвертый транзистор, база которого подключена к эмиттеру третьего транзистора, а эмиттер соединен с выходом стабилизатора, дополнительно содержит первый и второй диоды, пятый транзистор и усилитель напряжения, причем коллектор пятого транзистора подключен к точке соединения второго вывода источника тока и эмиттеров первого и второго транзисторов, эмиттер пятого транзистора подключен к общей шине, а его база подключена к выходу усилителя напряжения, первый диод катодом подключен к коллектору третьего транзистора, а анодом - ко входу стабилизатора, второй диод катодом подключен к коллектору четвертого транзистора, а анодом - ко входу устройства, инвертирующий вход усилителя напряжения подключен к точке соединения коллектора четвертого транзистора и катода второго диода, а неинвертирующий - к точке соединения коллектора третьего транзистора и катода первого диода. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Устройство относится к области электротехники и может быть использовано в источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является стабилизатор, приведенный в /1/. На фиг.1 показана схема прототипа, содержащая первый и второй транзисторы, регулирующий элемент, включенный между входом и выходом устройства, источник тока, первым выводом подключенный к общей шине, а вторым - к точке соединения эмиттеров первого и второго транзисторов, делитель напряжения включенный между выходом устройства и общей шиной, выход которого подключен к базе второго транзистора, повторитель тока, вход которого подключен к коллектору второго транзистора, а выход подключен к управляющему выводу регулирующего элемента и к коллектору первого транзистора, база первого транзистора подключена к источнику опорного напряжения.

Недостатком прототипа является сравнительно большой ток потребления.

Целью предлагаемого изобретения является снижение тока потребления устройства.

Для достижения указанной цели в стабилизатор постоянного напряжения, содержащий первый и второй транзисторы, источник тока, первым выводом подключенный к общей шине, а вторым - к точке соединения эмиттеров первого и второго транзисторов, делитель напряжения включенный между выходом устройства и общей шиной, выход которого подключен к базе второго транзистора, повторитель тока, вход которого подключен к коллектору второго транзистора, а выход подключен к коллектору первого транзистора, база первого транзистора подключена к источнику опорного напряжения, третий транзистор базой подключен к точке соединения выхода повторителя тока и коллектора первого транзистора, четвертый транзистор, база которого подключена к эмиттеру третьего транзистора, а эмиттер соединен с выходом устройства, введены первый и второй диоды, пятый транзистор и усилитель напряжения, причем коллектор пятого транзистора подключен к точке соединения второго вывода источника тока и эмиттеров первого и второго транзисторов, эмиттер пятого транзистора подключен к общей шине, а его база подключена к выходу усилителя напряжения, первый диод катодом подключен к коллектору третьего транзистора, а анодом ко входу устройства, второй диод катодом подключен к коллектору четвертого транзистора, а анодом - ко входу устройства, инвертирующий вход усилителя напряжения подключен к точке соединения коллектора четвертого транзистора и катода второго диода, а неинвертирующий - к точке соединения коллектора третьего транзистора и катода первого диода.

Заявляемый стабилизатор постоянного напряжения (фиг.2) содержит первый транзистор 1, к базе которого подключен источник опорного напряжения, второй транзистор 2, эмиттер которого соединен с эмиттером транзистора 1, третий транзистор 8, базой подключенный к коллектору транзистора 1, четвертый транзистор 3, эмиттер которого подключен к выходу устройства, а база - к эмиттеру транзистора 8, повторитель тока 5, вход которого соединен с коллектором транзистора 2, а выход подключен к точке соединения коллектора транзистора 1 и базы транзистора 8, источник тока 4, первым выводом подключенный к точке соединения эмиттеров транзисторов 1 и 2, а вторым - к общей шине, делитель напряжения, состоящий из резисторов 6 и 7, включенный между выходом устройства и общей шиной, выход которого подключен к базе транзистора 2, первый диод 9, анодом соединенный со входом устройства, а катодом подключенный к коллектору транзистора 8, второй диод 10, анодом соединенный со входом устройства, а катодом подключенный к коллектору 3, усилитель напряжения 11, неинвертирующий вход которого подключен к токе соединения коллектора транзистора 8 и катодом диода 9, инвертирующий вход - к точке соединения входа регулирующего элемента 3 и катодом диода 10, пятый транзистор 12, эмиттер которого подключен к общей шине, коллектор - к точке соединения эмиттеров транзисторов 1 и 2 и первого вывода источника тока 6, а база соединена с выходом усилителя напряжения 11.

Заявляемый стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом.

Предположим, что вследствие увеличения тока нагрузки выходное напряжение снизилось, тогда транзистор 2 призакроется, а транзистор 1 приоткроется, в результате в базу транзистора 8 потечет больший ток, который усилит возникшее приращение и передаст его на базу транзистора 3. Ток эмиттера транзистора 3 увеличится и компенсирует возникшее возмущение в цепи нагрузки.

В схеме прототипа ток потребления при нулевом токе нагрузки можно найти по формуле:

Iпот= I0+Iд, (1)

где Iд - ток, протекающий через делитель напряжения;

I0 - ток источника тока 4.

Током делителя обычно можно пренебречь, поэтому определяющим является ток источника тока 4, который выбирается исходя из условия обеспечения работоспособности схемы при максимальном токе нагрузки и может быть определен по формуле:



где Iн. max -максимальный ток нагрузки;

РЭ1.min - минимальный коэффициент усиления тока в схеме с общим эмиттером оконечного транзистора регулирующего элемента;

РЭ2 - коэффициент усиления тока в схеме с общим эмиттером другого транзистора регулирующего элемента;

Кповт - коэффициент передачи повторителя тока 5;

2 - коэффициент передачи тока второго транзистора в схеме с общей базой.

Для мощных транзисторов коэффициент усиления тока в схеме с общим эмиттером () изменяется в десятки, а иногда и сотни раз при изменении тока эмиттера и напряжения коллектор - эмиттер, кроме того, зависит и от температуры, тогда для обеспечения работоспособности схемы необходимо выбирать ток источника тока 4, исходя из минимального оконечного транзистора регулирующего элемента при максимальном токе нагрузки, как показано в выражении (2).

Для заявляемой схемы

Iпот=I0+Iд+IК12, (3)

где IК12 - ток коллектора транзистора 12.

Как и для прототипа, током делителя в заявляемой схеме можно пренебречь. Оставшаяся сумма токов источника тока 4 и коллектора транзистора 12 определяется из следующего выражения:



где i - коэффициент передачи тока для i-го транзистора в схеме с общим эмиттером.

Ток коллектора транзистора 12 можно найти по следующей формуле:



где 1S12 - тепловой ток насыщения транзистора 12;

КU - коэффициент усиления по напряжению усилителя 11.

Подставив выражение 5 в 4 и преобразовав, получим:



Как и для прототипа, ток источника тока 4 выбирается исходя из обеспечения работоспособности схемы при максимальном токе нагрузки.

В заявляемой схеме при уменьшении 3 увеличивается ток коллектора транзистора 8, в результате разность между падением напряжения на диоде 10 и 9 уменьшается, полученное приращение передается с усилением через усилитель напряжения 11 на базу транзистора 12, в результате ток коллектора транзистора 12 увеличивается. Приращение тока передается на базу транзистора 8, обеспечивая необходимый ток базы транзистора 3. Таким образом, в заявляемой схеме ток источника тока 4 выбирается исходя из максимального значения 3:



Исходя из выше сказанного, ток потребления для заявляемого устройства можно найти из следующего выражения:



При максимальном 3 выражение 8 примет вид:



Из выражения 1 и 2, для прототипа ток потребления находится из формулы:



Из сравнения выражений 9 и 10 видно, что при максимальном коэффициенте передачи тока оконечного транзистора регулирующего элемента при прочих равных условиях ток потребления меньше у заявляемой схемы.

Таким образом, цель предлагаемого изобретения достигнута и преимущество предлагаемого стабилизатора постоянного напряжения перед прототипом состоит в меньшем токе потребления.

Литература

1. National Semiconductors Data Book 1984, p.243, F 145. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Стабилизатор постоянного напряжения, содержащий первый и второй транзисторы, источник тока, первым выводом подключенный к общей шине, а вторым - к точке соединения эмиттеров первого и второго транзисторов, делитель напряжения, включенный между выходом стабилизатора и общей шиной, выход которого подключен к базе второго транзистора, повторитель тока, вход которого подключен к коллектору второго транзистора, а выход подключен к коллектору первого транзистора, база первого транзистора подключена к источнику опорного напряжения, третий транзистор базой подключен к точке соединения выхода повторителя тока и коллектора первого транзистора, четвертый транзистор, база которого подключена к эмиттеру третьего транзистора, а эмиттер соединен с выходом стабилизатора, отличающийся тем, что в стабилизатор введены первый и второй диоды, пятый транзистор и усилитель напряжения, причем коллектор пятого транзистора подключен к точке соединения второго вывода источника тока и эмиттеров первого и второго транзисторов, эмиттер пятого транзистора подключен к общей шине, а его база подключена к выходу усилителя напряжения, первый диод катодом подключен к коллектору третьего транзистора, а анодом - ко входу устройства, второй диод катодом подключен к коллектору четвертого транзистора, а анодом - ко входу устройства, инвертирующий вход усилителя напряжения подключен к точке соединения коллектора четвертого транзистора и катода второго диода, а неинвертирующий - к точке соединения коллектора третьего транзистора и катода первого диода.