Результат интеллектуальной деятельности: СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Предлагаемое устройство относится к электротехнике и может быть использовано в различных устройствах электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Известны стабилизаторы постоянного напряжения с цепью запуска по а.с. 1043609, G05F 1/56 и а.с. 1617419, G05F 1/56, обеспечивающие защиту от перегрузок по току и короткого замыкания на выходе. Недостатком известных стабилизаторов являются дополнительные потери, обусловленные использованием вспомогательных пусковых резисторов.

Известны также стабилизаторы постоянного напряжения с цепью запуска по а.с. 1509853, G05F 1/569 и а.с. 1684782, G05F 1/56. Общим недостатком известных стабилизаторов является наличие большого числа элементов, выполняющих только функции запуска.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является стабилизатор постоянного напряжения по а.с. 1272325, G05F 1/569, принятый за прототип.

Схема стабилизатора-прототипа приведена на фиг.1, где обозначено:

1 - регулирующий транзистор;

2 - усилительный транзистор;

3, 4 - резисторы делителя выходного напряжения;

5 - стабилитрон опорного делителя;

6 - резистор опорного делителя;

7 - стабилитрон;

8 - первый диод;

9 - конденсатор;

10 - балластный резистор;

11 - нагрузка;

12 - второй диод;

13 - резистор связи;

14 - транзистор защиты;

15 - токозадающий резистор.

Стабилизатор-прототип постоянного напряжения содержит регулирующий транзистор 1, подключенный эмиттером к входному, а коллектором - к выходному выводам, усилительный транзистор 2 противоположного типа проводимости, коллектор которого соединен с базой регулирующего транзистора 1, база - с выходом делителя выходного напряжения на резисторах 3 и 4, эмиттер через стабилитрон 5 опорного делителя соединен с выходным выводом, а через резистор 6 опорного делителя - с общей шиной, пусковой узел, состоящий из стабилитрона 7, диодов 8 и 12 и резистора связи 13, транзистор 14 защиты, конденсатор 9, токозадающий резистор 15 и балластный резистор 10, причем коллектор транзистора 14 соединен с базой усилительного транзистора 2, его эмиттер - с эмиттером транзистора 2, а база - через резистор 15 с общей точкой соединения стабилитрона 7 и диодов 8 и 12, которые включены соответственно в цепи резистора 13 связи и балластного резистора 10, конденсатор 9 подключен между выводами базы и эмиттера транзистора 14.

Стабилизатор-прототип работает следующим образом.

В нормальном режиме работы стабилитрон 7 не оказывает влияния на работу стабилизатора, так как диоды 8 и 12 подпираются выходным напряжением источника питания.

При включении источника питания или коротком замыкании в нагрузке 11 пробивается стабилитрон 7, открываются диоды 8 и 12 и транзистор 2, причем транзистор 14 не успевает открыться, так как постоянная времени цепи: резистор 15 и конденсатор 9 выбрана больше времени выхода стабилизатора на режим стабилизации. При этом транзистор 1 своим коллекторно-эмиттерным переходом шунтирует цепи запуска (стабилитрон 7, диод 8 и резистор 10). С учетом действия заряда конденсатора 9 в течение времени выхода источника питания на режим стабилизации транзистор 14 не успевает открыться, так как по истечении этого времени стабилитрон 7 закрывается, а диод 8 подпирается выходным напряжением источника питания и разрывает цепь тока для последовательно соединенных элементов: резистора 13, диода 8, резистора 15 и конденсатора 9, поступающего с делителя напряжения, построенного на резисторах 3 и 4.

Недостатком стабилизатора-прототипа является большое количество элементов, выполняющих только функции запуска, что приводит к дополнительным затратам времени, а также к снижению надежности устройства.

Задачей предлагаемого стабилизатора является упрощение схемы запуска и повышение надежности устройства.

Для решения поставленной задачи в стабилизаторе постоянного напряжения, содержащем регулирующий транзистор, подключенный эмиттером к входному, а коллектором - к выходному выводам, усилительный транзистор противоположного типа проводимости, соединенный коллектором с базой регулирующего транзистора, базой - с выходом делителя выходного напряжения, эмиттером через стабилитрон делителя опорного напряжения соединен с выходным выводом, а через резистор делителя опорного напряжения - с общим выводом, пусковой узел, состоящий из стабилитрона, резистора и диода, а также конденсатор, при этом катод стабилитрона подключен к входному выводу, согласно изобретению анод стабилитрона через последовательно соединенные резистор и диод подключен к выходному выводу, а точка соединения резистора и диода пускового узла через конденсатор подключена к базе усилительного транзистора.

Схема предлагаемого стабилизатора напряжения постоянного тока приведена на фиг.2, где обозначено:

1 - регулирующий транзистор;

2 - усилительный транзистор;

3, 4 - резисторы делителя выходного напряжения;

5 - стабилитрон делителя опорного напряжения;

6 - резистор делителя опорного напряжения;

7 - стабилитрон;

8 - диод;

9 - конденсатор;

10 - резистор;

11 - нагрузка.

Предлагаемый стабилизатор постоянного напряжения содержит регулирующий транзистор 1, подключенный эмиттером к входному, а коллектором - к выходному выводам, усилительный транзистор 2 противоположного типа проводимости, коллектор которого соединен с базой регулирующего транзистора 1, база - с выходом делителя выходного напряжения на резисторах 3 и 4, эмиттер через стабилитрон делителя опорного напряжения 5 соединен с выходным выводом, а через резистор делителя опорного напряжения 6 - с общим выводом, причем делитель выходного напряжения, делитель опорного напряжения и нагрузка 11 подключены параллельно выходным выводам; пусковой узел, состоящий из стабилитрона 7, резистора 10, диода 8 и конденсатора 9. При этом катод стабилитрона 7 подключен к входному выводу стабилизатора, анод стабилитрона 7 соединен с первым выводом резистора 10, другой вывод которого соединен с анодом диода 8, катодом подключенным к выходному выводу, а точка соединения резистора 10 и диода 8 через конденсатор 9 подключена к базе усилительного транзистора 2.

Предлагаемый стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом. При подаче напряжения на вход стабилизатора в первый момент регулирующий транзистор 1 закрыт, и все напряжение прикладывается к участку коллектор-эмиттер транзистора 1. Это приводит к пробою стабилитрона 7. При этом часть пускового тока протекает через резистор 10, диод 8 и нагрузку 11, другая часть тока протекает через конденсатор 9, в базу усилительного транзистора 2, это создает условия для открывания транзистора 2, а затем и транзистора 1 в связи с появлением тока в его базовой цепи, это вызывает нарастание выходного напряжения стабилизатора. При достижении выходным напряжением значения, определяемого делителем выходного напряжения, выполненного на резисторах 3 и 4, транзисторы 1 и 2 входят в режим стабилизации выходного напряжения и его рост прекращается. При этом регулирующий транзистор 1 своим эмиттерно-коллекторным переходом шунтирует цепь запуска (стабилитрон 7, резистор 10 и диод 8), а так как при открытом транзисторе 1 напряжение на эмиттерно-коллекторном переходе недостаточно для пробоя стабилитрона 7, то стабилитрон 7 закрывается, а диод 8 подпирается выходным напряжением стабилизатора, и цепь протекания тока разрывается. Поэтому в нормальном режиме работы стабилитрон 7 заперт, и пусковой узел не оказывает влияния на работу стабилизатора. Стабилитрон 7 должен быть выбран с напряжением пробоя несколько большим, чем предельно возможное в эксплуатации падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора 1, тогда он будет заперт и цепь протекания тока будет разорвана.

При коротком замыкании на выходе стабилизатора и срабатывании токовой самозащиты транзисторы 1 и 2 закрываются, выходное напряжение уменьшается до нуля, а катод диода 8 соединяется с общим выводом, при этом пусковая цепь (стабилитрон 7, резистор 10 и диод 8) оказывается подключенной к входу стабилизатора, что приводит к пробою стабилитрона 7, так как входное напряжение больше напряжения пробоя стабилитрона 7 и в пусковой цепи протекает ток, а конденсатор 9 при этом шунтируется диодом 8 и разряжается до напряжения, равного прямому падению напряжения на диоде 8. Это обеспечивает быстрый разряд конденсатора 9, и он оказывается готовым к повторному пуску. Конденсатор 9 обеспечивает необходимый для надежного запуска стабилизатора ток базы усилительного транзистора 2.

После устранения короткого замыкания на выходе стабилизатора диод 8 возвращается в свое первоначальное состояние, и стабилизатор автоматически запускается, как и при подаче входного напряжения. Таким образом, предлагаемый стабилизатор по сравнению с прототипом имеет более простую схему пускового узла, что позволяет повысить его надежность.