Стабілізатор постійної напруги

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является стабилизатор постоянного напряжения, содержащий пусковой узел, выходом подключенный к решающему усилителю опорного напряжения, включающему в себя регулирующий элемент, включенный в одну из силовых шин, дифференциальный усилитель, выходом подключенный к управляющему входу регулирующего элемента, следящий делитель напряжения, подключенный входом к выходному выводу и общей шине, и узел сигнала рассогласования. При этом узел сигнала рассогласования выполнен как диоднорезистивный мост, подключенный к двум входом дифференциального усилителя соответствующими выходами, одним из которых является выход источника опорного напряжения, а управляющий вход пускового узла подключен к дифференциальному усилителю. Решающим усилителем является усилитель постоянного тока, охваченный цепью отрицательной обратной связи, предназначенный для выполнения математической операции. Усилитель постоянного тока в прототипе выполнен как инвертирующий и образован всеми элементами стабилизатора и их связями, кроме пускового узла и следящего делителя. Выход усилителя постоянного тока совпадает с выходом стабилизатора, а вход образован первым входом, дифференциального усилителя, подключенным к выходу следящего делителя. Наличие источника опорного напряжения в усилителе постоянного тока и его подключение ко второму входу дифференциального усилителя обеспечивает необходимое напряжение смещения на входе усилителя постоянного тока, равное опорному. Цепь отрицательной обратной связи образована следящим делителем напряжения, входом подключенным к выходу усилителя постоянного тока, то есть стабилизатора. Совокупность элементов усилителя постоянного тока, следящего делителя напряжения и их связей образует решающий усилитель опорного напряжения. При включении внешнего напряжения электропитания, в результате действия цепи отрицательной обратной связи, на первом входе дифференциального усилителя, то есть на входе решающего усилителя, установится напряжение равное опорному, а на выходе стабилизатора напряжение равное частному от деления опорного напряжения на коэффициент передачи следящего делителя напряжения. Таким образом решающий усилитель будет выполнять математическую операцию деления входного опорного напряжения на коэффициент передачи следящего делителя. Вследствие использования в качестве регулирующего элемента биполярного транзистора, эмиттером подключенного ко входной клемме стабилизатора напряжения,, решающий усилитель после включения внешнего напряжения электропитания может находиться в двух устойчивых состояниях. Первое - когда все элементы решающего усилителя обесточены, а выходное напряжение равно нулю, второе -режим стабилизации выходного напряжения. Пусковой узел автоматически переводит решающий усилитель из первого состояния во второе. При этом в режиме стабилизации выходного напряжения пусковой узел не влияет на рабочие режимы решающего усилителя. Недостатком прототипа является низкая надежность, вызванная наличием стабилитрона в источнике опорного напряжения, входящем, в состав узла сигнала рассогласования. Стабилитрон, как элемент работающий в режиме обратимого электрического пробоя, обладает большим уровнем шумов напряжения на выводах, которое используется как опорное. Шумы стабилитрона, усиленные решающим усилителем, не позволяют получить малый уровень шумов выходного напряжения стабилизатора, что уменьшает запас по этому параметру и, соответственно, надежность. Наличие стабилитрона и резистора в источнике опорного напряжения и регулируемого следящего делителя напряжения, подключенных к выходным выводам стабилизатора напряжения, не позволяет обеспечить широкий диапазон регулировки выходного напряжения, без изменения тока стабилитрона в широких пределах. При этом параметры источника опорного напряжения, зависимые от соответствия тока через стабилитрон номинальному току стабилитрона, изменяются, что приводит к ухудшению параметров стабилизатора напряжения. Возможен выход из строя стабилитрона вследствие теплового пробоя последнего при регулировке выходного напряжения стабилизатора. Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение надежности стабилизаторов постоянного напряжения, путем исключения из узла сигнала рассогласования обратносмещенных p-n переходов, работающих в режиме обратимого электрического пробоя, в том числе и стабилитронов, при сохранении высокой надежности пуска. Устранить недостатки прототипа позволяет стабилизатор постоянного напряжения, содержащий пусковой узел, выходом подключенный к решающему усилителю опорного напряжения, включающему в себя регулирующий элемент, включенный в одну из силовых шин, дифференциальный усилитель, выходом подключенный к управляющему входу регулирующего элемента, следящий делитель напряжения, подключенный входом к выходному выводу и общей шине, и узел сигнала рассогласования. При этом, согласно изобретению, узел сигнала рассогласования подключен к управляющему входу пускового узла и выполнен как два усилительных каскада, каждый из которых включает в себя, по меньшей мере, биполярный транзистор и резистор, входы дифференциального усилителя подключены соответственно к выходам усилительных каскадов, подключенных общим входом опорного напряжения к выходу следящего делителя напряжения. Вследствие отсутствия в стабилизаторе, согласно совокупности существенных признаков, стабилитрона, уровень шумов выходного напряжения значительно снижается (см. В.Л. Шило "Линейные интегральные микросхемы", с.243. - М.: Сов. радио, 1979), что приводит к увеличению запаса по параметру шумов выходного напряжения и, соответственно, надежности. Стабильная величина входного опорного напряжения решающего усилителя обеспечивает стабилизацию коллекторных. токов транзисторов узла сигнала рассогласования за счет соответствующих включений эмиттерных переходов транзисторов и резисторов указанного узла. При этом надежность стабилизатора определяется диапазоном питающего коллекторного напряжения указанных транзисторов, которое может изменяться без выхода из строя транзисторов, по меньшей мере, на порядок (в 10 раз), а для стабилитрона допустимая величина изменения напряжения на выводах не превышает 10% от номинального напряжения, чем обеспечивается эффект повышения надежности в сравнении с прототипом. В связи с чем заявляемое техническое решение имеет более широкий диапазон регулировки выходного напряжения в сравнении с прототипом без ухудшения надежности. В прототипе необходимость применения пускового узла и его связи обусловлены наличием транзистора, как регулирующего элемента, подключенного эмитером к входной клемме стабилизатора. В заявляемом техническом решении, как и в прототипе, возможны два устойчивых состояния решающего усилителя опорного напряжения, а причины вызывающие нулевое выходное напряжение при включенном напряжении питания обусловлены не только характером связей регулирующего элемента, но и асимметрией нагрузок, в том числе и резисторов, и начальных токов биполярных транзисторов, входящих в состав узла сигнала рассогласования. Влияние перечисленных факторов на надежность пуска устраняется связью управляющего входа пускового узла, которая позволяет переводить стабилизатор напряжения в режим стабилизации при достижении тока транзисторов узла сигнала рассогласования заданной величины путем выключения режима пуска. На чертеже (фиг.) представлен вариант технического исполнения заявляемого изобретения. Стабилизатор постоянного напряжения содержит пусковой узел 1, выходом подключенный к решающему усилителю опорного напряжения 2, включающему в себя регулирующий элемент 2, включенный в одну из силовых шин, дифференциальный усилитель 4, выходом подключенный к управляющему входу регулирующего элемента 3, следящий делитель напряжения 5, подключенный входом к выходному выводу и общей шине, и узел сигнала рассогласования 6, подключенный к управляющему входу пускового узла 1 и выполненный на двух последовательных соединениях элементов 7, 8, состоящих из резисторов 9, 10, 11, 12 в эмиттерных и коллекторных переходах транзисторов 13, 14 и подключенных ко входам дифференциального усилителя 4, вход опорного напряжения решающего усилителя подключен к выходу следящего делителя 5 и образован соответствующим включением резисторов 11, 12 и эмиттерных переходов транзисторов 13, 14. Усилительный элемент вместе с электрическими деталями схемы (сопротивлениями, конденсаторами и т.п.), через которые к нему подводится энергия от источника питания, а также подаются и снимаются усиливаемые сигналы, называют усилительным каскадом или каскадом усиления. Усилительный каскад, представляющий собой одну "ступень" усиления сигнала, может содержать в себе и не один, а несколько усилительных элементов. (Г.С. Цыкин. Усилители электрических сигналов. Государственное энергетическое издательство. М., Л., 1962. - С.10). Стабилизатор работает следующим образом. При подаче напряжения на входные выводы пусковой узел 1 выходным током переводит транзистор регулирующего элемента 3 из режима отсечки в активный режим. Часть выходного тока стабилизатора, протекая по потенциометру следящего делителя напряжения 5, вызовет появление напряжения на выходе следящего делителя 5, которое приведет к переводу транзисторов дифференциального усилителя 4 и транзисторов 13, 14 узла сигнала рассогласования 6 из режима отсечки в активный режим. В дальнейшем начнется лавинообразный процесс роста входного напряжения пускового узла 1 за счет его управляющего входа с узлом сигнала рассогласования 6. Выходной ток пускового узла 1, протекающий через управляющий вход регулирующего элемента 3, будет уменьшаться и при его определенной величине стабилизатор напряжения перейдет в режим стабилизации. В режиме стабилизации внешние возмущающие воздействия на величину выходного напряжения компенсируются решающим усилителем 2, за счет действий цепи отрицательной обратной связи,, состоящей из следящего делителя напряжения 5, и за счет соответствующего включения резисторов 11, 12 и эмиттерных переходов транзисторов 13, 14. Надежность пуска, не зависящая от температуры и технологического разброса параметров элементов, входящих в состав стабилизатора, обеспечивается выбором чувствительности по управляющему входу пускового узла 1. Экспериментальные исследования заявляемого стабилизатора напряжения с малой разностью входного й выходного напряжений в системах вторичного электропитания показали высокую надежность всего устройства в широком диапазоне регулирования выходного напряжения.