Уважаемые Коты!
Предлагаю на Ваш суд схему для линейного стабилизатора на транзисторах.

Регулируемый элемент (РЭ) собран на транзисторе VT4. Дифференциальный усилитель (ДУ) на транзисторах VT1, VT2 и дополнительный транзистор VT3 образует схему управления (СУ) или, как еще называют этот узел схемы, - усилитель постоянного тока (УПТ). Резисторы R4, R5 и R6 являются делителем выходного напряжения (Д) в цепи отрицательной обратной связи. Источник опорного напряжения (ИОН) представлен резистором R7 и стабилитроном VD1.

Данная схема обладает рядом достоинств. ИОН питается от выходного стабилизированного напряжения. ДУ на VT1 и VT2 имеет большое входное сопротивление по обоим входам, что позволяет использовать достаточно большие сопротивления в делителе и положительно сказывается на режиме работы параметрического стабилизатора используемого в качестве ИОН. Схема хорошо себя ведет при падении входного напряжения до уровня близкого в выходному, VT3 при этом без препятствий переходят в режим насыщения и шунтирует базу с коллектором VT4.

Четыре транзистора в схеме создают высокий коэффициент усиления, глубокую отрицательную связь и, соответственно, обеспечивают высокий коэффициент стабилизации.

Пульсации входного напряжения слабо влияют на токи в цепи базы VT3 и VT4 т.к. транзисторы VT1 и VT2 работают в режиме генераторов тока, а их коллекторные токи определяются напряжениями на базах и слабо зависят от напряжений на коллекторах.

Схема имеет имеет "условную" защиту от короткого замыкания (КЗ). Конечно эта схема не пригодна для использования в полноценных лабораторных источниках питания без введения дополнительной защиты от КЗ, но при случайных КЗ на выходе ток резко падает и транзисторы не сгорают. Ток КЗ примерно равен Iкз=Uвх/R2*h21(VT4). Ток в режиме КЗ не стабилизирован, но на практике такой защиты от случайного КЗ вполне достаточно.

Особенностью данной схемы является применение как минимум 4-х транзисторов, а отличие от других схем заключается в подключении выходных транзисторов VT3 и VT4 к дифференциальному каскаду на VT1 и VT2. При этом в схеме содержится минимальное число других элементов. РЭ и СУ содержит всего два резистора. Если число транзисторов уменьшить, то это будет уже другая схема с несколько худшими показателями.

VT3 и VT4 фактически образуют составной транзистор, однако заменить их составным p-n-p транзистором без изменения схемы не возможно. Коллекторный ток VT2 "отнимается" от тока базы VT4 в случае повышения входного напряжения или уменьшения мощности нагрузки.

И все-таки, можно предположить, что в схеме есть один "недостаток". Это недостаток - резистор R2. Данный резистор необходим для начального пуска схемы. После появления на выходе схемы напряжения необходимого для открытия VT1 (и VT3 соответственно) резистор R3 можно отключить от схемы (в этом случае, при КЗ схема действительно выключится). Может показаться, что необходимо подбирать оптимальное значение этого сопротивления (номиналы остальных резисторов легко рассчитываются). Однако на практике оказалось, что в качестве R2 можно взять достаточно большое сопротивление (помню значение 22 кОм) и схема будет работать и в широком диапазоне температур и широком диапазоне нагрузок.

Переменный резистор R5 служит для подстройки выходного напряжения. В реальных схемах его можно исключить (конечно же подсоединив базу VT2 к "средней точке" делителя R4/R6) и подобрать номиналы R4 и R6. Примерное значение выходного напряжения стабилизатора в этом случае определяется соотношением R4, R6 и напряжением ИОН: Uвых=Uион*(R4+R6)/R4. Суммарное сопротивление R4, R5, R6 должно быть не намного более, чем входное сопротивление дифференциального усилителя (обычно около ~ 2 кОм).

Значение резистора R1 может быть вычислено из требований по максимальному току потребления нагрузкой Imax: R1=(Uион-0,65В)/Imax*h21(VT3)*h21(VT4). Величина напряжения 0,65 В соответствует примерному падению на переходе база-эмиттер для кремниевых транзисторов. При выполнении данной оценки необходимо учитывать, что h21 (статический коэффициент усиления транзистора по току) в режиме насыщения может падать с традиционного значения 50..100 до примерно ~10.

Если не учитывать потребление ИОН, то сама схема СУ и РЭ потребляет ток примерно Iпот=(Uион-0.65)/R1 или Iпот~Imax/h21(VT3)/h21(VT4). Если значение h21(VT3)*h21(VT4) в худшем случае (насыщение обоих транзисторов) составит 100, то ток потребления схемой составит 1% от максимального тока нагрузки. Только не надо путать это значение с КПД, который не превышает величину 100%*(Uвых/Uвх)^2 для любого линейного стабилизатора.

Данную схему я использовал для конструирования стабилизаторов на 5, 6, 9 и 12 В. Для схем стабилизаторов на 5...6 В в качестве стабилитрона VD1 я использовал светодиод в прямом его включении. При небольшом токе около 1 мА обычные светодиоды светятся слабо, зато напряжение на их p-n переходе слабо зависит от тока и составляет величину около ~1,9 В. Применение светодиодов в качестве стабилитронов это известный трюк, который позволяет экономить электроэнергию для устройств с батарейным питанием (традиционные стабилитроны хорошо работают при токе стабилизации около Iст~10 мА, а светодиод всего при Iст~1 мА).

Значение резистора R7 может быть получено по следующей формуле: R7=(Uвых-Uион)/Iст.

Спустя примерно 16 лет с момента апробирования данной схемы я решил поделится своей маленькой разработкой со всем Миром и впервые опубликовать её используя Интернет.

Уже не один десяток лет подобные схемы используются в стабилизаторах ... .

Да конечно, все схемы в определенном смысле одинаковые:



Однако, по моим воспоминаниям минувших лет все они чем-то были хуже.
Принципиальную схему которую я привел выше, в Интернете найти не удалось. Конечно нет речи о "подобных схемах", которых - пруд пруди.
Мне будет очень интересно, если кто-нибудь даст ссылку на похожую схему включения транзисторов (остальные элементы не в счет).

PCBWay - всего $5 за 10 печатных плат, первый заказ для новых клиентов БЕСПЛАТЕН

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Онлайн просмотровщик Gerber-файлов от PCBWay + Услуги 3D печати

Однозначно ЗАЧЁТ!!!

Выбираем схему BMS для заряда литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ очень важен контроль процесса заряда и разряда для избегания воздействия внешнего зарядного напряжения после достижения 100% заряда. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список таких решений от разных производителей.

Подробнее>>

Хотя отличие в Вашей схеме имеется - подключение транзисторов диф каскада к выходным транзисторам,

но чем оно лучше других схем и на сколько получается выше коэф. стабилизации по сравнению с аналогичными схемами...?


http://www.do.sibsutis.ru/bakalavr/sem7 ... 3/lec8.htm


http://forum.cxem.net/index.php?showtopic=37966&st=10

Новый аккумулятор EVE серии PLM для GSM-трекеров, работающих в жёстких условиях (до -40°С)

Компания EVE выпустила новый аккумулятор серии PLM, сочетающий в себе высокую безопасность, длительный срок службы, широкий температурный диапазон и высокую токоотдачу даже при отрицательной температуре. Эти аккумуляторы поддерживают заряд при температуре от -40/-20°С (сниженным значением тока), безопасны (не воспламеняются и не взрываются) при механическом повреждении (протыкание и сдавливание), устойчивы к вибрации. Они могут применяться как для автотранспорта (трекеры, маячки, сигнализация), так и для промышленных устройств мониторинга, IoT-устройств.

Подробнее>>

По сути и по тактико-техническим характеристикам очень похожа эта схема. Число транзисторов тоже 4.

Приведенная схема имеет простую защиту от КЗ на Д1 и R6. Можно рекомендовать её даже для простых лабораторных источников. Но в ней есть один недостаток. ИОН на R1 и Д2 питается от входного нестабилизированного напряжения. Через R1 на базу T1 проникают пульсации входного напряжения. Получается, что коэффициент усиления СУ (УПТ) велик, коэффициент стабилизации должен был бы быть очень хорошим, но все портит питание ИОН от входного напряжения. Характеристики стабилизации схемы полностью определяются поведением параметрического стабилизатора при изменениях входного напряжения и слабо зависят от коэффициента усиления УПТ собранного аж на 4-х транзисторах. Можно немного исправить положение и питать стабилитрон от генератора тока...

Еще очень сильно по принципу работы напоминает мою схему традиционная схема на двух транзисторах.

Она тоже есть на картинках от Borodach. В этой схеме ИОН питается от выходного напряжения, что хорошо, но есть другие недостатки. Коэффициент стабилизации данной схемы хуже на несколько порядков. Нагрузкой ИОН является низкоомная эмиттерная цепь VT2. Без дополнительного резистора, шунтирующего коллектор и эмиттер VT1, схема под нагрузкой может не запуститься, однако данный шунт не позволит использовать схему без нагрузки и ухудшит её стабилизирующие свойства.

Среди остальных картинок пока вижу только схемы другой весовой категории с большим числом транзисторов, с дополнительными обмотками сетевого трансформатора и выпрямителями для отдельного питания его величества УПТ и ИОН. Схемы на операционных усилителях иногда тоже выглядят как "из пушки по воробьям" - очень много деталей на фоне применения ИМС, а питание ИОН опять от входа.

Помню был у меня журнал "Радио" за год, так эдак 1965 так вот там много говорилось о том что хорошо, а что плохо в различных схемах. Но на транзисторах тогда экономили и потому своей схемы я там не нашел.

Думаю, если будут разговоры, то схемы нужно пронумеровать. ИМХО есть и явно не рабочие.

В номинации "самая похожая схема" побеждает схема "Рис. 3".

Первое место!

Действительно очень похоже. На схеме T1, T3, T4 образуют фактически один составной транзистор, а потому эта схема фактически на трех транзисторах, а не четырех. В ней для начального запуска используется R4. При коротком замыкании на выходе ток может достигнуть значения Uвх / R6 * h21(T1)*h21(T2)*h21(T3) (в реальности меньше за счет падения входного напряжения на эмиттерных переходах). В Любом случае, если за характерное значение h21 принять величину 10, то в данной схеме ток КЗ достигнет 12А! Другими словами, схема на "Рис. 3" защиту от КЗ не обеспечивает.

Выложенные схемы, безусловно, не проверял, но суть в другом - на сколько они хуже или лучше предложенной автором...?

Вот эта схема на трех транзисторах

с http://www.do.sibsutis.ru/bakalavr/sem7 ... 3/lec8.htm тоже очень похожа.
Второе место.

Но в ней есть один известный недостаток. Во-первых, все пульсации и помехи входного напряжения через резистор между базой и коллектором VT1 проникают напрямую на базу VT1. Во-вторых, схема плохо работает при понижении входного напряжения до уровня выходного. В этом случае в схеме работает только транзистор VT1 база и коллектор которого соединенны через сопротивление. В насыщение, таким образом, транзистор VT1 никогда не войдет. Значение данного "проблемного" сопротивления должно быть min(Uвх-Uвых)/Imax*min(h21(VT1)). Если min(Uвх-Uвых) составляет хотя-бы 3 В, максимальный ток нагрузки Imax=1А, а min(h21(VT1))=20, то сопротивление не должно быть больше чем 60 Ом! Я думаю понятно почему это плохо... Эта схема работает более-менее хорошо, когда входное напряжение существенно превышает выходное, а номинал "проблемного" резистора несколько больше. Естественно КПД при этом меньше.

Чем, интересно, резистор R2 отличается в Вашей схеме, если он превносит в базу выходного транзистора теже помехи...?
И какой разговор может идти в этих схемах о КПД и "насыщении" регулирующего транзистора? Это ведь линейные схемы и оно зависит от входного-выходного напряжения и тока нагрузки. Это ведь не ключевые стабилизаторы ... .
Так что все, перечисленные Вами недостатки схемы, присуще и вашей.
К тому же, что мешает использовать в качестве выходного транзистора составной...?

И с какой стати Т3 будет "переходить в насыщение", если входное напряжение будет уменьшаться...?
Наоборот, напряжение на его эмиттере будет снижаться и тем самым будет снижаться смещение на его базе, вследствие чего он будет наоборот - приоткрываться, а не входить в насыщение, я уж не говорю о том, что ток через базу Т3 получается стабилизированным через транзистор Т1...


Единственное, в чём отличие, так это в том, что коэффициент стабилизации вашей схемы получается выше из-за дополнительного каскада на Т3.
Кстати, можно убрать R2, если базу Т3 соденить с землёй через резистор большого номинала, либо подать напряжение на базу Т1 через резистор и стабилитрон, напряжение которого больше напряжение стабилизации стабилитрона Д1. Тогда при выходе схемы на режим стабилизации, "пусковая" цепь будет обесточена ... .

R2 в моей схеме имеет гораздо большее сопротивление (на 2 порядка!), чем в похожих схемах без VT3. При падении входного напряжения до уровня входного схема должна "замкнуть" базу и коллектор мощного транзистора VT4. В моей схеме это делает VT3 переходя в насыщение, R2 при этом делает несущественный вклад в ток базы VT4, т.к. при падении входного напряжения между коллектором и базой VT4 может быть напряжение меньше 1В. Совсем в "крутых" схемах линейных стабилизаторов для создания тока базы VT4 (или его эквивалента) используют отдельный источник со своей обмоткой трансформатора, выпрямительными диодами и сглаживающими фильтрами и все ради того, чтобы повысить минимальное значение входного напряжения ниже которого схема не сможет удерживать напряжение на выходе.

А Вы сравнивали коэф. стабилизации своей схемы с транзистором Т3 и без него, какие получились значения...?
А так же с отключённым от базы выходного транзистора, коллектора Т2?

Протестируйте и создайте документацию по этой схеме и свободно можете продать свою разработку китайцам и будут продаваться у нас кренки сделанные по Вашей схеме.
Достоинство схемы - простота, малое количество деталей, что даёт возможность самостоятельно разработать теоретически расположение элементов и дорожек внутри микросхемы, а это означает, что цена микросхемы будет копеечной при большом тираже!

VT3 умножает коэффициент стабилизации на h21(VT3).

Для пуска схемы можно использовать как резистор R2, так и резистор между базой VT3 и шиной 0В. Во втором варианте для надежного запуска можно выбрать резистор еще в h21(VT3) раз больший чем R2 (несколько сотен кОм). Однако второе решение "чуть хуже". Во-первых ток КЗ будет пропорционален не только h21(VT4), но и h21(VT3) тем самым еще больше будет зависеть от температуры. Во-вторых в первом случае "добавочный" ток базы VT4 через резистор уменьшается по мере нарастания выходного напряжения, а для второго варианта "добавочный" ток базы VT3 определяется только значением входного напряжения. Напомню, этот "добавочный" ток нужен только для старта схемы, когда напряжение на выходе близко к нулю.

16 лет назад и ранее приходилось экспериментировать "с помощью паяльника", сейчас многое можно проверить в SPICE эмуляторе на ПК (уж такие простые схемы точно можно).

Кстати никто не использует SPICE в Linux? В Windows помню 10 лет назад была программа Electronic Work Bench 5.12, которая позволяла проверять простые схемы без специальной подготовки и обучения. Сейчас я не использую контрафактный софт.

Повышение напряжения смещения можно выполнить на простом преобразователе или умножителе как, например, в схемах с полевыми транзисторами -

Я не припомню схем с таким подключением выходных транзисторов к диф каскаду.
Мне кажется, что можно заняться патентным поиском и подать заявку... .

Вот немного похожая схема с описанием

А можно в чём-нибудь другом выложить, а то у меня "ворд" не установлен... .

Стабилизатор усилителя Клецова выполнен по схожей схеме,но оснащен развитой системой защиты. У меня на оу такойже стаб предложен.почти одно и тоже ,только дискретный диф заменен на опер. в высококачественном телефонном усилителе показан и стаб на разной структуре с самозащитой и автозапуском .

А схема-то где...?

Схема похожа только по числу транзисторов. T1, T2, T3 образуют фактически один составной n-p-n транзистор. T7 работает только при ограничении тока.
Итого, с Т4, Т5 и Т6 - четыре транзистора.

Схема имеет два известных недостатка. Во-первых, параметрический стабилизатор питается от нестабилизированного входного напряжения (конечно, для лабораторного источника питать ИОН с выхода 0...40В не представляется возможным). Для уменьшения пульсаций служит C3. Во-вторых, при падении входного напряжения до уровня выходного проявляется известная проблема: разность потенциалов на коллекторе-эмиттере составного транзистора T1-T2-T3 падает, его статический коэффициент усиления по току h21 стремительно уменьшается с миллиона до нескольких десятков тысяч, максимальный выходной ток на нагрузку составит Imax=(Uвх-Uвых-Uбэ(T1-T2-T3))/R1*h21(T1-T2-T3). Исходя из того, что максимальный ток должен быть 2,5А, то входное напряжение не должно падать ниже чем на dU=min(Uвх - Uвых)=Imax*R1/min(h21(T1-T2-T3))+Uбэ(T1-T2-T3))~4В.

Данные недостатки не существенны для лабораторного блока питания, т.к. его задача это в первую очередь не столько стабилизация напряжения вплоть до сохранения работоспособности при падении входного напряжения до уровня выходного, сколько возможность регулировки выходного напряжения в широких приделах.

Самое интересное в схеме это ограничитель тока на транзисторе Т7. Полагаю, что подобное решение можно применить и в моей схеме. Коллектор дополнительного p-n-p транзистора VT5, включенного по аналогичной Т7 схеме, необходимо будет подключить к базе VT2. Только нужно ли это? Моя схема разрабатывалась как простая альтернатива интегральным стабилизаторам на фиксированное напряжение с минимальным числом деталей. Конечно "переплюнуть" интегральные решения типа 7805, 7905, 7812, 7912 и им подобные с их защитами от перегрева и КЗ я не пытался, нужна была простая для повторения схема с хорошими параметрами стабилизации.

Немного подумав, я решил, что из моей схемы при желании тоже можно сделать лабораторный блок питания. Для этого ИОН нужно питать от входного напряжения. Необходимость в стартовом резисторе R2 при этом отпадет.