RU2767490C1 - Method for reducing the noise level of a compensation dc voltage stabilizer with continuous regulation - Google Patents

Method for reducing the noise level of a compensation dc voltage stabilizer with continuous regulation Download PDF

Info

Publication number
RU2767490C1
RU2767490C1 RU2021115208A RU2021115208A RU2767490C1 RU 2767490 C1 RU2767490 C1 RU 2767490C1 RU 2021115208 A RU2021115208 A RU 2021115208A RU 2021115208 A RU2021115208 A RU 2021115208A RU 2767490 C1 RU2767490 C1 RU 2767490C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
noise
output
stabilizer
compensation
Prior art date
Application number
RU2021115208A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Николаевич Бондарь
Мария Сергеевна Жаворонкова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ставропольский государственный аграрный университет»
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ставропольский государственный аграрный университет» filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ставропольский государственный аграрный университет»
Priority to RU2021115208A priority Critical patent/RU2767490C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2767490C1 publication Critical patent/RU2767490C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/46Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/565Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Continuous-Control Power Sources That Use Transistors (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering and can be used in the construction of low-noise compensation DC voltage stabilizers with continuous regulation, made on the basis of reference voltage sources of wide application. A method for reducing the noise level of a compensation DC voltage stabilizer with continuous regulation is carried out when performing the operations of generating a feedback voltage, generating a reference voltage, generating a mismatch voltage, amplifying the mismatch voltage, regulating the output voltage, and suppressing the noise of the reference voltage.
EFFECT: reduction of noise voltage while increasing the stabilization factor of compensation DC voltage stabilizers with continuous regulation.
1 cl, 7 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в построении малошумящих компенсационных стабилизаторов напряжения постоянного тока с непрерывным регулированием, выполненных на базе источников опорного напряжения широкого применения.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in the construction of low-noise compensation DC voltage stabilizers with continuous regulation, made on the basis of reference voltage sources of wide application.

Уровень техникиState of the art

Известен способ построения компенсационных стабилизаторов напряжения постоянного тока с непрерывным регулированием [Китаев В.Е., Бокуняев А.А., Колканов М.Ф. «Электропитание устройств связи», М.: Связь, 1975 г., с. 187, рис. 8.8], [Б.И. Артамонов, А.А. Бокуняев. «Источники электропитания радиоустройств», М.: Энергоиздат, 1982 г., с. 145, рис. 5.10], [Л.Ф. Захаров, М.Ф. Колканов. «Электропитание устройств связи», М. :ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2007 г., с. 128, рис. 5.9], представляющих собой замкнутую систему автоматического регулирования с отрицательной обратной связью, характеризуемой:A known method of constructing compensation DC voltage stabilizers with continuous regulation [Kitaev V.E., Bokunyaev A.A., Kolkanov M.F. "Power supply of communication devices", M.: Svyaz, 1975, p. 187, fig. 8.8], [B.I. Artamonov, A.A. Bokunyaev. "Power sources of radio devices", M.: Energoizdat, 1982, p. 145, fig. 5.10], [L.F. Zakharov, M.F. Kolkanov. "Power supply of communication devices", M.: GOU "Educational and methodological center for education in railway transport", 2007, p. 128, fig. 5.9], which is a closed system of automatic control with negative feedback, characterized by:

- коэффициентом стабилизации по входному напряжению- input voltage stabilization factor

Figure 00000001
, (1)
Figure 00000001
, (one)

где

Figure 00000002
,
Figure 00000003
- изменение напряжения на входе, выходе стабилизатора;where
Figure 00000002
,
Figure 00000003
- voltage change at the input, output of the stabilizer;

Figure 00000004
,
Figure 00000005
- напряжения на входе, выходе стабилизатора;
Figure 00000004
,
Figure 00000005
- voltage at the input, output of the stabilizer;

Figure 00000006
- ток нагрузки;
Figure 00000006
- load current;

- коэффициентом сглаживания пульсаций- ripple smoothing factor

Figure 00000007
, (2)
Figure 00000007
, (2)

где

Figure 00000008
,
Figure 00000009
- амплитуды пульсации входного и выходного напряжений стабилизатора;where
Figure 00000008
,
Figure 00000009
- the amplitude of the ripple of the input and output voltages of the stabilizer;

Figure 00000010
- напряжение шума на выходе стабилизатора,
Figure 00000010
- noise voltage at the output of the stabilizer,

и базирующейся на выполнении ряда операций:and based on the performance of a number of operations:

1) формирование напряжения обратной связи;1) formation of feedback voltage;

2) формирование опорного напряжения;2) formation of the reference voltage;

3) формирование напряжения рассогласования;3) mismatch voltage formation;

4) усиление напряжения рассогласования;4) amplification of the mismatch voltage;

5) регулирование выходного (стабилизированного) напряжения.5) regulation of the output (stabilized) voltage.

Возможным вариантом реализации способа построения компенсационного стабилизатора напряжения постоянного тока с непрерывным регулированием служит схема последовательного стабилизатора [Б.И. Артамонов, А.А. Бокуняев. «Источники электропитания радиоустройств», М.: Энергоиздат, 1982 г., с.149, рис.5.12] состоящая из следующих функциональных узлов: регулирующий элемент (РЭ) - транзистор VT1; схема сравнения (СС) состоит из резистивных делителей напряжения R1, R2, R3 и входной цепи транзистора VТ2; усилитель постоянного тока (УПТ) - транзистор VТ2 с коллекторной нагрузкой Ry; источник опорного напряжения (ИОН) представляет собой однокаскадный параметрический стабилизатор напряжения, состоящий из стабилитрона VD1 и гасящего резистора Rг. Для плавной регулировки выходного напряжения стабилизатора в делитель напряжения включен потенциометр R2, с движка которого напряжение подается на базу транзистора VТ2. К эмиттеру транзистора VТ2 подводится опорное напряжение стабилитрона. Верхнее плечо делителя обозначается как RI, а нижнее - RII. Для обеспечения устойчивой работы стабилизатора на выходе включена емкость С.A possible implementation of the method for constructing a compensating DC voltage regulator with continuous regulation is a series regulator circuit [B.I. Artamonov, A.A. Bokunyaev. "Power sources of radio devices", M.: Energoizdat, 1982, p.149, Fig.5.12] consisting of the following functional units: control element (RE) - transistor VT1; the comparison circuit (CC) consists of resistive voltage dividers R1, R2, R3 and the input circuit of the transistor VT2; DC amplifier (UPT) - transistor VT2 with a collector load Ry; reference voltage source (ION) is a single-stage parametric voltage stabilizer, consisting of a zener diode VD1 and a quenching resistor Rg. To smoothly adjust the output voltage of the stabilizer, a potentiometer R2 is included in the voltage divider, from the engine of which voltage is supplied to the base of the transistor VT2. The reference voltage of the zener diode is applied to the emitter of the transistor VT2. The upper arm of the divider is designated as RI, and the lower arm is RII. To ensure stable operation of the stabilizer, capacitance C is included at the output.

Согласно данному способу, стабилизатор работает следующим образом. Допустим, что напряжение на входе стабилизатора увеличилось, тогда должно возрасти напряжение на выходе стабилизатора, а также напряжение на нижнем плече делителя (RII) схемы сравнения URII = Uб2. Увеличение потенциала базы транзистора VТ2 приводит к увеличению как тока базы транзистора VТ2, так и тока коллектора IК2. В результате увеличивается падение напряжения на нагрузке УПТAccording to this method, the stabilizer works as follows. Suppose that the voltage at the input of the stabilizer has increased, then the voltage at the output of the stabilizer should increase, as well as the voltage on the lower arm of the divider (RII) of the comparison circuit U RII \ u003d U b2 . An increase in the potential of the base of the transistor VT2 leads to an increase in both the base current of the transistor VT2 and the collector current I K2 . As a result, the voltage drop across the UPT load increases.

Figure 00000011
, (3)
Figure 00000011
, (3)

что ведет к возрастанию напряжения между коллектором и базой регулирующего транзистора VТ1. Поэтому сопротивление между коллектором и эмиттером транзистора VТ1 увеличивается, падение напряжения UКЭ1 возрастает, обеспечивая стабилизацию выходного напряжения. Стабилизация выходного напряжения предполагается и в случае изменения тока нагрузки. При увеличении тока нагрузки уменьшается величина как выходного напряжения, так и напряжения на нижнем плече делителя схемы сравнения URII. Вследствие этого уменьшается ток базы транзистора VТ2 и ток коллектора IК2. Следовательно, уменьшается падение напряжения на резисторе RУ, поэтому сопротивление между коллектором и эмиттером регулирующего транзистора VТ1 уменьшается, и уменьшается UКЭ1, обеспечивая стабилизацию выходного напряжения.which leads to an increase in voltage between the collector and the base of the regulating transistor VT1. Therefore, the resistance between the collector and emitter of the transistor VT1 increases, the voltage drop U KE1 increases, ensuring the stabilization of the output voltage. Stabilization of the output voltage is also assumed in the event of a change in the load current. With an increase in the load current, the value of both the output voltage and the voltage on the lower arm of the divider of the comparison circuit decreases U RII . As a result, the base current of the transistor VT2 and the collector current I K2 decrease. Consequently, the voltage drop across the resistor R U decreases, therefore the resistance between the collector and emitter of the regulating transistor VT1 decreases, and U KE1 decreases , ensuring the stabilization of the output voltage.

В силу того, что стабилизатор представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования с отрицательной обратной связью, то при наличии дестабилизирующих факторов - изменений входного напряжения (ΔUвх), тока потребителя (ΔIн), напряжения на выходе источника опорного напряжения (ΔUоп), так же будет иметь место и изменение выходного напряжения (ΔUвых), выражение (4)Due to the fact that the stabilizer is a closed-loop automatic control system with negative feedback, then in the presence of destabilizing factors - changes in the input voltage (ΔU in ), consumer current (ΔI n ), voltage at the output of the reference voltage source (ΔU op ), so there will also be a change in the output voltage (ΔU out ), expression (4)

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
, (4)
Figure 00000013
, (4)

где K1 - коэффициент передачи по напряжению транзистора VT1 в схеме включения с общим эмиттером; where K 1 is the voltage transfer coefficient of the transistor VT1 in the switching circuit with a common emitter;

Kу - коэффициент передачи по напряжению УПТ (транзистора VT2 в схеме включения с общим эмиттером);K y - voltage transfer coefficient of the UPT (transistor VT2 in the switching circuit with a common emitter);

rK1 - сопротивление коллекторного перехода транзистора VT1;r K1 - resistance of the collector junction of the transistor VT1;

rКу - сопротивление коллекторного перехода транзистора VT2;r Ku - resistance of the collector junction of the transistor VT2;

α - коэффициент передачи резистивного делителя ССα - transfer coefficient of the resistive divider СС

Figure 00000014
(5)
Figure 00000014
(five)

α′ - коэффициент передачи резистивного делителя СС, учитывающий влияние входного сопротивления УПТ (транзистора VT2)α′ - transfer coefficient of the resistive divider SS, taking into account the influence of the input resistance of the UPT (transistor VT2)

Figure 00000015
(6)
Figure 00000015
(6)

Figure 00000016
- напряжение собственных шумов ИОН, порождающее напряжение шума на выходе стабилизатора
Figure 00000016
- intrinsic noise voltage of ION, generating noise voltage at the output of the stabilizer

Figure 00000017
(7)
Figure 00000017
(7)

С учетом допущений, что

Figure 00000018
,
Figure 00000019
коэффициент стабилизации примет видTaking into account the assumptions that
Figure 00000018
,
Figure 00000019
the stabilization coefficient will take the form

Figure 00000020
(8)
Figure 00000020
(8)

Как следует из анализа выражений (7), (8) и (2), величина напряжения шума на выходе стабилизатора, коэффициентов стабилизации и сглаживания, в значительной степени определяются как коэффициентами усиления РЭ K1, УПТ Kу, так и напряжением шума ИОН.As follows from the analysis of expressions (7), (8) and (2), the magnitude of the noise voltage at the output of the stabilizer, the stabilization and smoothing coefficients, are largely determined by both the gain coefficients of the RE K 1 , UPT K y , and the noise voltage of the ION.

Снижение шума ИОН (использование малошумящего ИОН) способствует увеличению коэффициентов стабилизации и сглаживания при одновременном снижении напряжения шума на выходе стабилизатора.Reducing the noise of the reference (the use of a low-noise reference) helps to increase the stabilization and smoothing coefficients while reducing the noise voltage at the output of the stabilizer.

На фиг.1 представлены временная диаграмма и спектрограмма шумовой составляющей ИОН (ИМС SPX385-2.5). ИМС SPX385-2.5 характеризуется среднеквадратическим напряжением шума 120 мкВ в полосе частот 10 Гц÷10 кГц, что эквивалентно напряжению шума генерируемого резистором с сопротивлением 87,5 МОм в полосе 10 кГц при температуре 25

Figure 00000021
, то есть напряжению шума пик-пик
Figure 00000022
= 0,8 мВ.Figure 1 shows the timing diagram and spectrogram of the noise component of the ION (IMS SPX385-2.5). The SPX385-2.5 IC is characterized by an RMS noise voltage of 120 µV in a frequency band of 10 Hz ÷ 10 kHz, which is equivalent to the noise voltage generated by a resistor with a resistance of 87.5 MΩ in a band of 10 kHz at a temperature of 25
Figure 00000021
, i.e. peak-to-peak noise voltage
Figure 00000022
= 0.8 mV.

На фиг.2 представлены временная диаграмма и спектрограмма шумовой составляющей напряжения шума на выходе стабилизатора при

Figure 00000023
(напряжение шума пик-пик
Figure 00000024
= 1,3 мВ).Figure 2 shows the timing diagram and spectrogram of the noise component of the noise voltage at the output of the stabilizer when
Figure 00000023
(noise voltage peak-peak
Figure 00000024
= 1.3 mV).

На фиг.3 представлены временная диаграмма и спектрограмма шумовой составляющей напряжения шума на выходе стабилизатора при

Figure 00000025
(напряжение шума пик-пик
Figure 00000026
= 2,1 мВ).Figure 3 shows the timing diagram and spectrogram of the noise component of the noise voltage at the output of the stabilizer when
Figure 00000025
(noise voltage peak-peak
Figure 00000026
= 2.1 mV).

Изменение ΔUвх на ±10% от Uвх привело к изменению ΔUвых на 0,68% при

Figure 00000023
и на 0,15% при
Figure 00000025
.A change in ΔU in by ±10% of U in led to a change in ΔU out by 0.68% at
Figure 00000023
and by 0.15% at
Figure 00000025
.

Недостатком данного способа и данного варианта его реализации является низкий коэффициент стабилизации при значительном влиянии собственных шумов ИОН на уровень выходных шумов стабилизатораThe disadvantage of this method and this variant of its implementation is the low stabilization coefficient with a significant influence of the intrinsic noise of the ION on the level of output noise of the stabilizer

Возможным вариантом реализации способа построения компенсационного стабилизатора напряжения постоянного тока с непрерывным регулированием служит схема последовательного стабилизатора [Г.Н. Горбачев, Е.Е. Чаплыгин. «Промышленная электроника», М. : Энергоатомиздат, 1988 г., с. 209, рис. 5.11], выполненная с использованием УПТ на базе операционного усилителя (ОУ).A possible implementation of the method for constructing a compensating DC voltage regulator with continuous regulation is a series regulator circuit [G.N. Gorbachev, E.E. Chaplygin. "Industrial electronics", M.: Energoatomizdat, 1988, p. 209, fig. 5.11], made using a UPT based on an operational amplifier (op-amp).

Схема стабилизатора состоит из следующих функциональных узлов: РЭ - транзистор VT; СС - резистивный делитель напряжения R1, R2; УПТ - операционный усилитель DA; ИОН - параметрический стабилизатор напряжения, состоящий из стабилитрона VD и балластного резистора Rб. The stabilizer circuit consists of the following functional units: RE - transistor VT; SS - resistive voltage divider R1, R2; UPT - operational amplifier DA; ION - parametric voltage stabilizer, consisting of a zener diode VD and a ballast resistor Rb.

В качестве особенности данной схемы является установление разностного напряжения подаваемого на УПТ (напряжения снимаемого со СС и ИОН) близкого к нулю с последующим значительным усилением (более 1000), обеспечивающим формированием

Figure 00000027
. Столь высокий коэффициент стабилизации является несомненным достоинством данного варианта реализации способа построения компенсационного стабилизатора напряжения постоянного тока с непрерывным регулированием, но лишь в случае использования малошумящего ИОН. As a feature of this circuit is the establishment of the differential voltage supplied to the UPT (voltage removed from the SS and ION) close to zero, followed by a significant amplification (more than 1000), providing the formation
Figure 00000027
. Such a high stabilization coefficient is an undoubted advantage of this implementation of the method for constructing a compensation DC voltage stabilizer with continuous regulation, but only in the case of using a low-noise ION.

Высокий коэффициент усиления с учетом широкополосности шума ИОН, при его значительном уровне, в силу инерционности усилительных элементов, а так же реактивности нагрузки и емкости блокировочных конденсаторов (используемых при построении устройств электропитания), приводит к фазовому сдвигу цепи обратной связи, что в свою очередь, порождает динамическую ошибку замкнутой системы регулирования (снижение коэффициента обратной связи преимущественно в области низких и высоких).A high gain factor, taking into account the broadband noise of the ION, at its significant level, due to the inertia of the amplifying elements, as well as the reactivity of the load and the capacitance of blocking capacitors (used in the construction of power supply devices), leads to a phase shift in the feedback circuit, which in turn, generates a dynamic error of a closed control system (a decrease in the feedback coefficient mainly in the low and high regions).

Недостатком данного способа и данного варианта его реализации в случае использования ИОН широкого применения является фактическое:The disadvantage of this method and this variant of its implementation in the case of using a widely used ION is the actual:

- снижение устойчивости стабилизатора как системы автоматического регулирования;- reducing the stability of the stabilizer as an automatic control system;

- сужение диапазона допустимого изменения входного напряжения;- narrowing the range of permissible changes in the input voltage;

- существенное снижение коэффициента сглаживания относительно коэффициента стабилизации;- a significant decrease in the smoothing coefficient relative to the stabilization coefficient;

- высокий уровень напряжения шума на выходе стабилизатора.- high level of voltage noise at the output of the stabilizer.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к снижению напряжения шума при одновременном увеличении коэффициента стабилизации компенсационных стабилизаторов напряжения постоянного тока с непрерывным регулированием.The technical result that can be achieved using the present invention is to reduce the noise voltage while increasing the stabilization factor of compensation DC voltage stabilizers with continuous regulation.

Технический результат достигается тем, что в способ снижения уровня шума компенсационного стабилизатора постоянного напряжения с непрерывным регулированием, так же, как и прототип, базирующийся на выполнении ряда операций:The technical result is achieved by the fact that in a way to reduce the noise level of a compensation constant voltage stabilizer with continuous regulation, just like the prototype, based on performing a number of operations:

1) формирование напряжения обратной связи;1) formation of feedback voltage;

2) формирование опорного напряжения;2) formation of the reference voltage;

3) формирование напряжения рассогласования;3) mismatch voltage formation;

4) усиление напряжения рассогласования;4) amplification of the mismatch voltage;

5) регулирование выходного (стабилизированного) напряжения, 5) regulation of the output (stabilized) voltage,

введена операция - подавление шума опорного напряжения (шума выходного напряжения ИОН).an operation has been introduced - suppression of noise of the reference voltage (noise of the output voltage of the ION).

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На фиг.1 представлены временная диаграмма и спектрограмма шумовой составляющей ИОН (ИМС SPX385-2.5).Figure 1 shows the timing diagram and spectrogram of the noise component of the ION (IMS SPX385-2.5).

На фиг.2 представлены временная диаграмма и спектрограмма шумовой составляющей напряжения шума на выходе стабилизатора при

Figure 00000023
.Figure 2 shows the timing diagram and spectrogram of the noise component of the noise voltage at the output of the stabilizer when
Figure 00000023
.

На фиг.3 представлены временная диаграмма и спектрограмма шумовой составляющей напряжения шума на выходе стабилизатора при

Figure 00000025
.Figure 3 shows the timing diagram and spectrogram of the noise component of the noise voltage at the output of the stabilizer when
Figure 00000025
.

На фиг.4 представлен вариант функциональной схемы устройства реализации способа снижения уровня шума компенсационного стабилизатора постоянного напряжения с непрерывным регулированием и УПТ на транзисторе.Figure 4 shows a variant of the functional diagram of a device for implementing a method for reducing the noise level of a compensation constant voltage stabilizer with continuous regulation and a transistor UPT.

На фиг.5 представлен вариант функциональной схемы устройства реализации на транзисторах способа снижения уровня шума компенсационного стабилизатора постоянного напряжения с непрерывным регулированием и УПТ на ОУ.Figure 5 shows a variant of the functional diagram of the device implementation on transistors of the method for reducing the noise level of a compensation constant voltage stabilizer with continuous regulation and UPT on the OS.

На фиг.6 представлены временная диаграмма и спектрограмма шумовой составляющей на выходе блока ПШ, реализованного с использованием: DА1, DА2 - ОУ ОР07С (

Figure 00000028
=0,38 мкВ (пик-пик) в полосе частот 0.1÷10 Гц); С1 - 33 нФ; R1÷R4 - 51 кОм). Figure 6 shows the timing diagram and spectrogram of the noise component at the output of the PN block, implemented using: DA1, DA2 - OA OP07C (
Figure 00000028
\u003d 0.38 μV (peak-peak) in the frequency band 0.1 ÷ 10 Hz); C1 - 33 nF; R1÷R4 - 51 kOhm).

На фиг.7 представлены временная диаграмма и спектрограмма шумовой составляющей напряжения шума на выходе стабилизатора с блоком ПШ при

Figure 00000029
.Figure 7 shows a timing diagram and a spectrogram of the noise component of the noise voltage at the output of the stabilizer with the PN unit at
Figure 00000029
.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Сущность предлагаемого способа заключается в выполнении следующих операций:The essence of the proposed method is to perform the following operations:

1) формирование напряжения обратной связи;1) formation of feedback voltage;

2) формирование опорного напряжения; 2) formation of the reference voltage;

3) подавление шума опорного напряжения;3) noise suppression of the reference voltage;

3) формирование напряжения рассогласования;3) mismatch voltage formation;

4) усиление напряжения рассогласования;4) amplification of the mismatch voltage;

5) регулирование выходного (стабилизированного) напряжения.5) regulation of the output (stabilized) voltage.

Устройство реализации способа снижения уровня шума компенсационного стабилизатора постоянного напряжения с непрерывным регулированием фиг.4 (фиг.5), содержит: подавитель шума (ПШ) 1 - разделительный конденсатор 2, повторитель напряжения (ПН) 3, вычитатель 5; регулирующий элемент 11 - транзистор 13, резистор 12; резистивный делитель напряжения 14 - резисторы 15, 16; ИОН 17 - резистора 18, стабилитрон 19; сопротивление нагрузки 20; УПТ 21 - резистор 22, транзистор 23, (ОУ 22, фиг.5), причем коллектор транзистора 13 подключен к первому выводу резистора 12 и входу положительной полярности устройства, а эмиттер к первым выводам резисторов 15, 18 и через сопротивление нагрузки 20 к аноду стабилитрона 19, второму выводу резистора 16 и входу отрицательной полярности устройства; второй вывод резистора 15 соединен с первым выводом резистора 16 и базой транзистора 23 (неинвертирующим входом ОУ 22, фиг.5), коллектор транзистора 23 (выход ОУ 22, фиг.5) соединен со вторым выводом резистора 12 и базой транзистора 13; второй вывод резистора 18 соединен с катодом стабилитрона 19 и входом ПШ 1, выход которого соединен с эмиттером транзистора 23 и через резистор 22 с эмиттером транзистора 13 (неинвертирующим входом ОУ 22, фиг.5); вход ПШ 1 соединен с первым входом вычитателя 5 и через последовательно соединенные разделительный конденсатор 2 и ПН 3, со вторым входом вычитателя 5, выход которого служащим выходом ПШ 1.A device for implementing a method for reducing the noise level of a compensation DC voltage stabilizer with continuous regulation of figure 4 (figure 5), contains: a noise suppressor (PN) 1 - an isolation capacitor 2, a voltage follower (PN) 3, a subtractor 5; control element 11 - transistor 13, resistor 12; resistive voltage divider 14 - resistors 15, 16; ION 17 - resistor 18, zener diode 19; load resistance 20; UPT 21 - resistor 22, transistor 23, (OU 22, Fig.5), and the collector of the transistor 13 is connected to the first terminal of the resistor 12 and the positive polarity input of the device, and the emitter to the first terminals of the resistors 15, 18 and through the load resistance 20 to the anode zener diode 19, the second output of the resistor 16 and the negative polarity input of the device; the second terminal of the resistor 15 is connected to the first terminal of the resistor 16 and the base of the transistor 23 (non-inverting input of the op-amp 22, figure 5), the collector of the transistor 23 (the output of the op-amp 22, figure 5) is connected to the second terminal of the resistor 12 and the base of the transistor 13; the second terminal of the resistor 18 is connected to the cathode of the zener diode 19 and the input of the PS 1, the output of which is connected to the emitter of the transistor 23 and through the resistor 22 to the emitter of the transistor 13 (non-inverting input of the op-amp 22, Fig.5); the input PS 1 is connected to the first input of the subtractor 5 and through series-connected separating capacitor 2 and PS 3, to the second input of the subtractor 5, the output of which serves as the output PS 1.

ПН 3 содержит ОУ 4, причем неинвертирующий вход ОУ 4 служит входом повторителя напряжения, а инвертирующий вход, соединенный с выходом ОУ 4, служит выходом ПН 3.PN 3 contains op-amp 4, and the non-inverting input of op-amp 4 serves as the input of the voltage follower, and the inverting input connected to the output of op-amp 4 serves as the output of PN 3.

Вычитатель 5 содержит ОУ 6 и резисторы 7÷10, причем первый вывод резистора 7 служит первым входом вычитателя 5, а второй вывод соединен с неинвертирующим входом ОУ 6 и первым выводом резистора 8, второй вывод которого заземлен; первый вывод резистора 9 служит вторым входом вычитателя 5, а второй вывод соединен с инвертирующим входом ОУ 6 и первым выводом резистора 10, второй вывод которого соединен с выходом ОУ 6 и выходом вычитателя 5.Subtractor 5 contains op-amp 6 and resistors 7÷10, the first output of resistor 7 is the first input of subtractor 5, and the second output is connected to the non-inverting input of op-amp 6 and the first output of resistor 8, the second output of which is grounded; the first output of the resistor 9 serves as the second input of the subtractor 5, and the second output is connected to the inverting input of the op-amp 6 and the first output of the resistor 10, the second output of which is connected to the output of the op-amp 6 and the output of the subtractor 5.

Устройство реализации способа снижения уровня шума компенсационного стабилизатора постоянного напряжения с непрерывным регулированием работает следующим образом. A device for implementing a method for reducing the noise level of a compensation DC voltage stabilizer with continuous regulation operates as follows.

Допустим, что напряжение Uвх на входе стабилизатора увеличилось, тогда должно возрасти напряжение Uвых на выходе стабилизатора, а также напряжение Uос поступающее на вход УПТ 21 (базу транзистора 23, фиг.4; инвертирующий вход ОУ 22, фиг.5), что, в свою очередь, приведет к подзапиранию транзистора 13. Ток транзистора 13 уменьшится и напряжение Uвых на сопротивлении нагрузки 20 снизится почти до первоначального значения.Assume that the voltage U in at the input of the stabilizer has increased, then the voltage U out at the output of the stabilizer should increase, as well as the voltage U OS coming to the input of the UPT 21 (the base of the transistor 23, Fig. 4; the inverting input of the OU 22, Fig. 5), which, in turn, will lead to the locking of the transistor 13. The current of the transistor 13 will decrease and the voltage U out at the load resistance 20 will drop almost to the original value.

Допустим, что напряжение Uвх на входе стабилизатора уменьшилось, тогда должно уменьшится напряжение Uвых на выходе стабилизатора, а также напряжение Uос поступающее на вход УПТ 21 (базу транзистора 23, фиг.4; инвертирующий вход ОУ 22, фиг.5), что, в свою очередь, приведет к транзистора 13. Ток транзистора 13 увеличится и напряжение Uвых на сопротивлении нагрузки 20 возрастет почти до первоначального значения.Assume that the voltage U in at the input of the stabilizer has decreased, then the voltage U out at the output of the stabilizer should decrease, as well as the voltage U OS coming to the input of the UPT 21 (the base of the transistor 23, Fig. 4; the inverting input of the OU 22, Fig. 5), which, in turn, will lead to transistor 13. The current of transistor 13 will increase and the voltage U out at load resistance 20 will increase almost to its original value.

Как и в случае прототипа, уровень выходного шума стабилизатора, коэффициенты стабилизации и сглаживания определяются уровнем шума на эмиттере транзистора 23, фиг.4 (неинвертирующем входе ОУ 22, фиг.5) и, с учетом допущений, что

Figure 00000018
,
Figure 00000019
, определяются соотношениями:As in the case of the prototype, the output noise level of the stabilizer, the stabilization and smoothing coefficients are determined by the noise level at the emitter of the transistor 23, figure 4 (non-inverting input of the op-amp 22, figure 5) and, subject to the assumptions that
Figure 00000018
,
Figure 00000019
, are determined by the relations:

- в случае реализации УПТ 21 на базе транзистора 23, фиг.4- in the case of the implementation of the UPT 21 based on the transistor 23, Fig.4

Figure 00000030
(9)
Figure 00000030
(nine)

Figure 00000031
, (10)
Figure 00000031
, (10)

- в случае реализации УПТ 21 на базе ОУ 22, фиг.5, (так как

Figure 00000032
)- in the case of the implementation of UPT 21 based on OS 22, figure 5, (because
Figure 00000032
)

Figure 00000033
(11)
Figure 00000033
(eleven)

Figure 00000034
, (12)
Figure 00000034
, (12)

где

Figure 00000035
- напряжение шумов на выходе блока ПШ 1.where
Figure 00000035
- noise voltage at the output of the block PS 1.

ПШ 1 работает следующим образом.PS 1 works as follows.

Выходной сигнал ИОН 17, содержит шумовую составляющую

Figure 00000036
, выделяемую из выходного сигнала с помощью конденсатора 2 и поступающую на вход ПН 1.The output signal of ION 17 contains a noise component
Figure 00000036
, extracted from the output signal with the help of capacitor 2 and fed to the input of PN 1.

Так как ПН 1 выполнен по схеме неинвертирующего усилителя со стопроцентной обратной связью, характеризуется параметрами:Since PN 1 is made according to the scheme of a non-inverting amplifier with 100% feedback, it is characterized by the following parameters:

Figure 00000037
, (13)
Figure 00000037
, (13)

где Rвх.ОУ, Rвых.ОУ, KОУ - входное (дифференциальное), выходное сопротивления и коэффициент усиления ОУ 4;where R in. OU , R out. OU , K OU - input (differential), output impedance and gain of OU 4;

Rвх.пн, Rвых.пн, Kпн - входное, выходное сопротивления и коэффициент усиления (передачи) ПН 1.R in.pn , R out.pn , K pn - input, output resistance and gain (transmission) PN 1.

В общем случае, имеет место выполнение условия:In general, the following condition is satisfied:

Figure 00000038
Figure 00000039
(14)
Figure 00000038
Figure 00000039
(fourteen)

где

Figure 00000040
- выходное сопротивление ИОН 17.where
Figure 00000040
- output impedance of ION 17.

Выделенная шумовая составляющая, с выхода ПН 1, и выходной сигнал ИОН 17 поступают на входы вычитателя 5, осуществляющего компенсацию (подавление) шумовой составляющей. The selected noise component, from the output of PN 1, and the output signal of ION 17 are fed to the inputs of the subtractor 5, which compensates (suppresses) the noise component.

Степень подавления шумовой составляющей в значительной мере определяется постоянной времени

Figure 00000041
цепи ПН 1 образованной конденсатором 2 и входным сопротивлением Rвх.пн ПН 1, являющейся, по сути, RC-фильтром высоких частот. Что обеспечивает фазовый сдвиг шумовой составляющей
Figure 00000042
, в соответствии с выражением (15)The degree of suppression of the noise component is largely determined by the time constant
Figure 00000041
circuit PN
1 formed by capacitor 2 and input impedance R in.pn PN 1, which is, in fact, an RC high-pass filter. What provides the phase shift of the noise component
Figure 00000042
, according to expression (15)

Figure 00000043
, (15)
Figure 00000043
, (15)

где

Figure 00000044
, (16)where
Figure 00000044
, (16)

где

Figure 00000045
- емкость конденсатора 2;where
Figure 00000045
- capacitance of the capacitor 2;

Figure 00000046
постоянная времени фильтра высоких частот ПШ 1,
Figure 00000046
high-pass filter time constant PS 1,

и постоянной времени цепи ИОН 17

Figure 00000047
and time constant of the ION 17 circuit
Figure 00000047

Figure 00000048
(17)
Figure 00000048
(17)

При этом на

Figure 00000049
накладываются условия:At the same time, on
Figure 00000049
conditions apply:

Figure 00000050
(18)
Figure 00000050
(eighteen)

На сопротивления резисторов 7÷10 вычитателя 5 накладывается условиеThe condition is imposed on the resistances of resistors 7÷10 of subtractor 5

Figure 00000051
(19)
Figure 00000051
(19)

где

Figure 00000052
- 1
Figure 00000053
4 резисторы (элементы 7÷10) вычитателя 5.where
Figure 00000052
- one
Figure 00000053
Figure 00000053
4 resistors (elements 7÷10) of subtractor 5.

В качестве особенности схемной реализации ПШ 1, следует отметить единичные коэффициенты передачи ПН 3 и вычитателя 5, а так же некоррелированность их шумовых напряжений, что на фоне некоррелированности с шумом ИОН 17, определяет

Figure 00000054
- среднеквадратичное напряжение шума на выходе ПШ 1.As a feature of the circuit implementation of PN 1, it should be noted the unit transmission coefficients of PN 3 and subtractor 5, as well as the uncorrelatedness of their noise voltages, which, against the background of uncorrelatedness with the noise of ION 17, determines
Figure 00000054
- RMS noise voltage at the output of PS 1.

Figure 00000055
, (20)
Figure 00000055
, (twenty)

где

Figure 00000056
- коэффициент подавления шума ПШ; where
Figure 00000056
- PN noise suppression factor;

Figure 00000057
- напряжение шума пик-пик
Figure 00000058
ИОН 17;
Figure 00000057
- peak-to-peak noise voltage
Figure 00000058
ION
17;

Figure 00000059
,
Figure 00000060
- напряжение шума пик-пик (
Figure 00000028
) ОУ 4, 6.
Figure 00000059
,
Figure 00000060
- peak-to-peak noise voltage (
Figure 00000028
) OS 4, 6.

На фиг.6 представлены временная диаграмма и спектрограмма шумовой составляющей на выходе блока ПШ 1, реализованного с использованием: ОУ 4, 6 - ОУ ОР07С (

Figure 00000028
=0,38 мкВ пик-пик в полосе частот 0.1÷10 Гц); конденсатора 2 - С1 = 33 нФ; резисторов 7÷10 - R1-R4 = 51 кОм), (напряжение шума пик-пик
Figure 00000061
= 0,54 мкВ).Figure 6 shows the timing diagram and the spectrogram of the noise component at the output of the block PS 1, implemented using: OS 4, 6 - OS OP07S (
Figure 00000028
\u003d 0.38 μV peak-peak in the frequency band 0.1 ÷ 10 Hz); capacitor 2 - C1 = 33 nF; resistors 7÷10 - R1-R4 = 51 kOhm), (noise voltage peak-peak
Figure 00000061
= 0.54 μV).

На фиг.7 представлены временная диаграмма и спектрограмма шумовой составляющей напряжения шума на выходе стабилизатора с блоком ПШ при

Figure 00000029
(напряжение шума пик-пик
Figure 00000024
= 2,3 мкВ, при существенном снижении уровня высокочастотных гармоник).Figure 7 shows a timing diagram and a spectrogram of the noise component of the noise voltage at the output of the stabilizer with the PN unit at
Figure 00000029
(noise voltage peak-peak
Figure 00000024
= 2.3 μV, with a significant reduction in the level of high-frequency harmonics).

Изменение ΔUвх на ±10% от Uвх привело к изменению ΔUвых на 0,059% при

Figure 00000062
.A change in ΔU in by ±10% of U in led to a change in ΔU out by 0.059% at
Figure 00000062
.

Разработанный способ снижения уровня шума компенсационного стабилизатора постоянного напряжения с непрерывным регулированием обеспечивает понижение уровня выходного шума при одновременном повышении устойчивости системы автоматического регулирования, а значит обеспечивает потенциальную возможность повышения коэффициентов стабилизации и сглаживания.The developed method for reducing the noise level of a compensation DC voltage stabilizer with continuous regulation provides a decrease in the level of output noise while increasing the stability of the automatic control system, and therefore provides a potential opportunity to increase the stabilization and smoothing coefficients.

Claims (1)

Способ снижения уровня шума компенсационного стабилизатора постоянного напряжения с непрерывным регулированием, включающий операции формирования напряжения обратной связи, формирования опорного напряжения, формирования напряжения рассогласования, усиления напряжения рассогласования, регулирования выходного напряжения, отличающийся тем, что введена операция подавления шума опорного напряжения.A method for reducing the noise level of a compensation DC voltage stabilizer with continuous regulation, including the operations of generating a feedback voltage, generating a reference voltage, generating a mismatch voltage, amplifying the mismatch voltage, regulating the output voltage, characterized in that the operation of suppressing the noise of the reference voltage is introduced.
RU2021115208A 2021-05-27 2021-05-27 Method for reducing the noise level of a compensation dc voltage stabilizer with continuous regulation RU2767490C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021115208A RU2767490C1 (en) 2021-05-27 2021-05-27 Method for reducing the noise level of a compensation dc voltage stabilizer with continuous regulation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021115208A RU2767490C1 (en) 2021-05-27 2021-05-27 Method for reducing the noise level of a compensation dc voltage stabilizer with continuous regulation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2767490C1 true RU2767490C1 (en) 2022-03-17

Family

ID=80737259

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021115208A RU2767490C1 (en) 2021-05-27 2021-05-27 Method for reducing the noise level of a compensation dc voltage stabilizer with continuous regulation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2767490C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2793452C1 (en) * 2022-08-16 2023-04-04 Общество с ограниченной ответственностью "Радиокомп" Voltage stabilizer

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU748373A1 (en) * 1977-12-12 1980-07-15 Предприятие П/Я А-7162 Compensation-type dc voltage stabilizer
US4795961A (en) * 1987-06-10 1989-01-03 Unitrode Corporation Low-noise voltage reference
EP2037588A1 (en) * 2006-07-28 2009-03-18 Panasonic Corporation Analog radio receiver
RU2466493C1 (en) * 2011-07-26 2012-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" Method to generate reference voltage
RU2672474C1 (en) * 2018-01-10 2018-11-15 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" Device for forming reference voltage with a reduced noise level

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU748373A1 (en) * 1977-12-12 1980-07-15 Предприятие П/Я А-7162 Compensation-type dc voltage stabilizer
US4795961A (en) * 1987-06-10 1989-01-03 Unitrode Corporation Low-noise voltage reference
EP2037588A1 (en) * 2006-07-28 2009-03-18 Panasonic Corporation Analog radio receiver
RU2466493C1 (en) * 2011-07-26 2012-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" Method to generate reference voltage
RU2672474C1 (en) * 2018-01-10 2018-11-15 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" Device for forming reference voltage with a reduced noise level

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2793452C1 (en) * 2022-08-16 2023-04-04 Общество с ограниченной ответственностью "Радиокомп" Voltage stabilizer
RU2807679C1 (en) * 2023-02-25 2023-11-21 Общество с ограниченной ответственностью "Радиокомп" Low noise stabilization device with low voltage drop

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110011535B (en) Self-adaptive voltage positioning direct current voltage stabilizer and control circuit and control method thereof
US8779738B2 (en) Control circuit for switching regulator, switching regulator and electronic equipment using the control circuit
US10069406B2 (en) EMI filter and switching power supply with the same
US10627844B1 (en) LDO regulator with circuits for noise reduction
US20130043856A1 (en) Circuit and method for generating a ramp compensation voltage for a switching regulator
JP2000295047A (en) Switched capacitor bias circuit generating reference signal proportional to absolute temperature, capacity and clock frequency
RU202966U1 (en) HIGH VOLTAGE STABILIZED POWER SUPPLY
RU2767490C1 (en) Method for reducing the noise level of a compensation dc voltage stabilizer with continuous regulation
US11681315B2 (en) Regulator circuit, semiconductor device and electronic device
CN109036301B (en) Remote voltage compensation method based on hardware circuit automatic compensation
US6812778B1 (en) Compensating capacitive multiplier
CN103683928A (en) Leading phase compensating circuit integrated with switching regulator
WO2019094654A1 (en) Transconductor systems
CN203813660U (en) Leading phase compensating circuit for integrated switching voltage regulator
JPH04330812A (en) Vca circuit
RU209200U1 (en) DC Voltage Stabilizer
RU2775059C1 (en) Method for constructing a constant voltage stabilizer
US3548291A (en) Voltage regulator with a low input impedance and improved feedback gain characteristics
US20230387788A1 (en) Ripple reduction circuit for use with a power supply
TWI854390B (en) Voltage source circuit for output filtering
CN116225117B (en) Zero compensation-based low-dropout linear voltage regulator
US3499169A (en) Variable frequency ac regulator
US20230152831A1 (en) Voltage regulation circuit
CN116185122B (en) Linear voltage stabilizer with negative phase output voltage and high power supply rejection ratio
JPH08328672A (en) Stabilized dc voltage circuit and switching power supply with the circuit