Стабілізатор струму

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано а источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Известен стабилизатор тока (А.с. СССР №444171, кл. G05F1/56), который содержит источник смещения, первый и второй транзисторы, первый и второй резисторы, первую и вторую вы ходные шины, при этом эмиттеры первого и второго транзисторов подключены к первому полюсу источника смещения соответственно через первый и второй резисторы, базы транзисторов соединены между собой и подключены ко второму полюсу источника смещения, а коллекторы подключены к выходным шинам. Недостаток этого устройства - низкое выходное сопротивление. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является стабилизатор тока (А.с. СССР №1460715, кл. G05F1/56), который содержит источник опорного напряжения, первый второй, третий и четвертый транзисторы n-p-n типа, пятый и шестой транзисторы p-n-p типа, первый, второй и третий резисторы, при этом коллекторы первого и второго транзисторов подключены соответственно к первой и второй выходным шинам, эмиттеры этих транзисторов соответственно через первый и второй резисторы соединены с коллекторами третьего и четвертого транзисторов, базы первого и второго транзисторов подключены соответственно к коллекторам пятого и шестого транзисторов, базы которых соединены соответственно с базами третьего и четвертого транзисторов, эмиттеры пятого и шестого транзисторов соединены между собой и через третий резистор подключены к первому выводу источника опорного напряжения, эмиттеры третьего и четвертого транзисторов соединены между собой и подключены ко второму выводу источника опорного напряжения. Недостатком этого устройства также является низкое выходное сопротивление. Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения являются: источник опорного напряжения, первый, второй, третий и четвертый транзисторы n-p-n типа, пятый транзистор p-n-p типа, первый, второй и третий резисторы, первая и вторая выходные шины, коллекторы первого и второго транзисторов соединены соответственно с первой и второй выходными шинами, первый вывод источника опорного напряжения через первый резистор подключен к эмиттеру пятого транзистора. Причиной, препятствующей получению желаемого результата - высокому выходному сопротивлению стабилизатора тока - является работа третьего и четвертого транзисторов прототипа в инжекционном режиме. При работе в инжекционном режиме третий и четвертый транзисторы прототипа находятся на границе насыщения и имеют выходное сопротивление более низкое, чем при работе в активном режиме. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования стабилизатора тока за счет создания режима генератора тока для базовых цепей третьего и четвертого транзисторов и работы этих транзисторов в активном режиме, чем достигается более высокое выходное сопротивление, вследствие чего при изменении напряжения питания или изменении сопротивления нагрузки в широких пределах ток, протекающий через стабилизатор и нагрузку, будет оставаться неизменным, что обеспечивает более высокую точность работы радиоэлектронных устройств. Поставленная задача решается таким образом, что стабилизатор тока содержит источник опорного напряжения, первый, второй, третий и четвертый транзисторы n-p-n типа, пятый транзистор p-n-p типа, имеющий основной и дополнительный коллекторы, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой резисторы, диод, первую и вторую выходные шины, коллекторы первого и второго транзисторов соединены соответственно с первой и второй выходными шинами, базы первого и второго транзисторов соответственно через второй и третий резисторы подключены к первому выводу источника опорного напряжения, который через первый резистор соединен с эмиттером пятого транзистора, эмиттеры первого и второго транзисторов соединены с коллекторами соответственно третьего и четвертого транзисторов, базы которых подключены соответственно к основному и дополнительному коллекторам пятого транзистора, эмиттеры третьего и четвертого транзисторов соответственно через шестой и седьмой резисторы соединены с первым выводом пятого резистора и вторым выводом источника опорного напряжения, база пятого транзистора соединена со вторым выводом пятого резистора, а через последовательно соединенные диод и четвертый резистор подключена к первому выводу источника опорного напряжения. Стабализатор тока отличается от прототипа тем, что в него введены четвертый, пятый, шестой и седьмой резисторы, диод, а в пятый транзистор введен дополнительный коллектор, притом базы первого и второго транзисторов соответственно через второй и третий резисторы подключены к первому выводу источника опорного напряжения, эмиттеры первого и второго транзисторов соединены с коллекторами соответственно третьего и четвертого транзисторов, базы которых подключены соответственно к основному и дополнительному коллекторам пятого транзистора, эмиттеры третьего и четвертого транзисторов соответственно через шестой и седьмой резисторы соединены с первым выводом пятого резистора и вторым выводом источника опорного напряжения, база пятого транзистора соединена со вторым выводом пятого резистора, а через последовательно соединенные диод и четвертый резистор подключена к первому выводу источника опорного напряжения. Доказательством наличия причинноследственной связи между совокупностью существенных признаков изобретения и техническим результатом служит то обстоятельство, что технический результат высокое выходное сопротивление - может быть достигнут только при использовании всей совокупности существенных признаков изобретения. При отсутствии в те хническом режиме хотя бы одного существенного признака, технический результат не достигается. На чертеже (фиг.) представлена схема стабилизатора тока. Стабилизатор тока содержит источник опорного напряжения 1, первый 2, второй 3, третий 4 и четвертый 5 транзисторы n-p-n типа, пятый 6 транзистор n-p-n типа, имеющий основной и дополнительный коллекторы, первый 7, второй 8, третий 9, четвертый 10, пятый 11, шестой 12 и седьмой 13 резисторы, диод 14, первую 15 и вторую 16 выходные шины, коллекторы первого 2 и второго 3 транзисторов соединены соответственно с первой 15 и второй 16 выходными шинами, базы первого 2 и второго 3 транзисторов соответственно через второй 8 и третий 9 резисторы подключены к первому выводу источника опорного напряжения 1, который через первый 7 резистор соединен с эмиттером пятого 6 транзистора, эмиттеры первого 2 и второго 3 транзисторов соединены с коллекторами соответственно третьего 4 и четвертого 5 транзисторов, базы которых подключены соответственно к основному и дополнительному коллекторам пятого 6 транзистора, эмиттеры третьего 4 и четвертого 5 транзисторов соответственно через шестой 12 и седьмой 13 резисторы соединены с первым выводом пятого 11 резистора и вторым выводом источника опорного напряжения 1, база пятого 6 транзистора соединена со вторым выводом пятого 11 резистора, а через последовательно соединенные диод 14 и четвертый 10 резистор подключена к первому выводу источника опорного напряжения 1. Стабилизатор тока работает следующим образом. При отсутствии напряжения питания на выходных шинах 15 и 16 и включенном источнике опорного напряжения 1 ток от этого источника протекает по цепи: плюс источника опорного напряжения 1, резистор 7, эмиттерный переход транзистора 6, резистор 11, минус источника опорного напряжения 1. Транзистор 6 отпирается и токи основного и дополнительного коллекторов втекают соответственно в базы транзисторов 4, 5 и смещают эмиттерные переходы этих транзисторов в прямом направлении. Токи основного и дополнительного коллекторов слабо зависят от температуры окружающей среды, так как в цепь базы транзистора 6 включена термокомпенсирующая цепочка, состоящая из резисторов 10, 11 и диода 14. Транзистор 6 имеет высокое выходное сопротивление со стороны основного и дополнительного коллекторов и поэтому является генератором тока для базовых цепей транзисторов 4 и 5. Вследствие это го, базовые токи транзисторов 4 и 5, равные коллекторным токам транзистора 6, сохраняют постоянство при технологических разбросах параметров транзисторов 4, 5 и обусловливают постоянство коллекторных токов этих транзисторов, так как влияние такого дестабилизирующего фактора, как коэффициент передачи по току транзисторов 4 и 5, значительно ослаблено введением цепей отрицательной обратной связи по току (резисторы 12 и 13). В это же время ток от источника опорного напряжения 1 протекает по двум параллельным ветвям. Первая ветвь: плюс источника опорного напряжения 1, резистор 8, эмиттерный переход транзистора 2, переход коллектор-эмиттер транзистора 4, резистор 12, минус источника опорного напряжения, Вторая ветвь: плюс источника опорного напряжения 1, резистор 9, эмиттерный переход транзистора 3, переход коллекторэмиттер транзистора 5, резистор 13, минус источника опорного напряжения 1. Когда положительное напряжение источника питания подается на шину 15, то ток стабилизации протекает по цепи: переход коллектор-эмиттер транзистора 2, переход коллектор-эмиттер транзистора 4, резистор 12, резистор 13, переходы эмиттер-коллектор транзисторов 5 и 3, которые работают в инверсном режиме. При подаче положительного напряжения источника питания на шину 16 ток стабилизации протекает по цепи: переход коллектор-эмиттер транзистора 3, переход коллектор-эмиттер транзистора 5, резистор 13, резистор 12, переходы эмиттерколлектор транзисторов 4 и 2, которые работают в инверсном режиме. Таким образом, в зависимости от полярности напряжения источника питания транзисторы 2, 4 и 3, 5 работают поочередно или в активном, или в инверсном режимах. При этом выходное сопротивление транзисторов 2, 4 или 3, 5, работающих в данный момент в активном режиме, намного превышает выходное сопротивление транзисторов прототипа, которые работают на границе насыщения при малых значениях напряжения коллектор-эмиттер. Ввиду симметрии схемы стабилизатора тока дальнейший анализ ее работы приведен для случая, когда положительное напряжение источника питания подается на шину 15. Так как транзисторы 2 и 4 включены последовательно, то в транзисторе 4 исключается появление такого дестабилизирующего фактора, как эффект Эрли (эффект модуляции базы, который возникает при изменении напряжения на коллекторе транзистора). Поэтому, учи тывая, что Iб4 = const и исключается появление эффекта Эрли, можно записать, что при изменении напряжения источника питания или изменении сопротивления нагрузки коллекторный ток транзистора 4 не изменяется (Iк4 = const). Ток стабилизации определяется выражением где B2 - коэффициент передачи транзистора 2; Iб2 - ток базы транзистора 2. Ток базы транзистора 2 равен по току где Iэ2 - ток эмиттера транзистора 2. В свою очередь где Uб2 - напряжение на базе транзистора 2; Uэб2 - напряжение на переходе база-эмиттер транзистора 2; Rвых4 - вы ходное сопротивление транзистора 4; Iк4 - ток коллектора транзистора 4. Подставляя выражение (3) в (2), имеем Подставляя выражение (4) в (1), получим Так как выходное сопротивление транзистора 4 равно: от окончательно ток стабилизации Iст равен При достаточно большом значении B2 То есть ток стабилизации Iст при изменении напряжения источника питания (или сопротивления нагрузки) не зависит от основных дестабилизирующи х факторов: коэффициента передачи транзисторов по току и напряжения на переходе база-эмиттер. Выходное сопротивление стабилизатора тока выше, чем у известных за счет создания режима генератора тока для базовых цепей третьего и четвертого транзисторов и работы этих транзисторов в активном режиме.