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 PDFInfo
- 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
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F1/00—Automatic 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
- G05F1/10—Regulating voltage or current
- G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
- G05F1/56—Regulating 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
- G05F1/565—Regulating 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
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
, (1) , (one)
где , - изменение напряжения на входе, выходе стабилизатора;where , - voltage change at the input, output of the stabilizer;
, - напряжения на входе, выходе стабилизатора; , - voltage at the input, output of the stabilizer;
- ток нагрузки; - load current;
- коэффициентом сглаживания пульсаций- ripple smoothing factor
, (2) , (2)
где , - амплитуды пульсации входного и выходного напряжений стабилизатора;where , - the amplitude of the ripple of the input and output voltages of the stabilizer;
- напряжение шума на выходе стабилизатора, - 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.
, (3) , (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)
, (4) , (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
(5) (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)
(6) (6)
- напряжение собственных шумов ИОН, порождающее напряжение шума на выходе стабилизатора - intrinsic noise voltage of ION, generating noise voltage at the output of the stabilizer
(7) (7)
С учетом допущений, что , коэффициент стабилизации примет видTaking into account the assumptions that , the stabilization coefficient will take the form
(8) (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, то есть напряжению шума пик-пик = 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 , i.e. peak-to-peak noise voltage = 0.8 mV.
На фиг.2 представлены временная диаграмма и спектрограмма шумовой составляющей напряжения шума на выходе стабилизатора при (напряжение шума пик-пик = 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 (noise voltage peak-peak = 1.3 mV).
На фиг.3 представлены временная диаграмма и спектрограмма шумовой составляющей напряжения шума на выходе стабилизатора при (напряжение шума пик-пик = 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 (noise voltage peak-peak = 2.1 mV).
Изменение ΔUвх на ±10% от Uвх привело к изменению ΔUвых на 0,68% при и на 0,15% при .A change in ΔU in by ±10% of U in led to a change in ΔU out by 0.68% at and by 0.15% at .
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 . 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 . 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 2 shows the timing diagram and spectrogram of the noise component of the noise voltage at the output of the stabilizer when .
На фиг.3 представлены временная диаграмма и спектрограмма шумовой составляющей напряжения шума на выходе стабилизатора при .Figure 3 shows the timing diagram and spectrogram of the noise component of the noise voltage at the output of the stabilizer when .
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 (=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 ( \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 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 .
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-
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.
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
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
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 , , 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
- в случае реализации УПТ 21 на базе транзистора 23, фиг.4- in the case of the implementation of the
(9) (nine)
, (10) , (10)
- в случае реализации УПТ 21 на базе ОУ 22, фиг.5, (так как )- in the case of the implementation of
(11) (eleven)
, (12) , (12)
где - напряжение шумов на выходе блока ПШ 1.where - noise voltage at the output of the
ПШ 1 работает следующим образом.
Выходной сигнал ИОН 17, содержит шумовую составляющую , выделяемую из выходного сигнала с помощью конденсатора 2 и поступающую на вход ПН 1.The output signal of
Так как ПН 1 выполнен по схеме неинвертирующего усилителя со стопроцентной обратной связью, характеризуется параметрами:Since
, (13) , (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
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)
В общем случае, имеет место выполнение условия:In general, the following condition is satisfied:
(14) (fourteen)
где - выходное сопротивление ИОН 17.where - output impedance of
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
Степень подавления шумовой составляющей в значительной мере определяется постоянной времени 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 , в соответствии с выражением (15)The degree of suppression of the noise component is largely determined by the time
, (15) , (15)
где , (16)where , (16)
где - емкость конденсатора 2;where - capacitance of the
постоянная времени фильтра высоких частот ПШ 1, high-pass filter time
и постоянной времени цепи ИОН 17 and time constant of the
(17) (17)
При этом на накладываются условия:At the same time, on conditions apply:
(18) (eighteen)
На сопротивления резисторов 7÷10 вычитателя 5 накладывается условиеThe condition is imposed on the resistances of
(19) (19)
где - 14 резисторы (элементы 7÷10) вычитателя 5.where -
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 - среднеквадратичное напряжение шума на выходе ПШ 1.As a feature of the circuit implementation of
, (20) , (twenty)
где - коэффициент подавления шума ПШ; where - PN noise suppression factor;
- напряжение шума пик-пик ИОН 17; - peak-to-peak
, - напряжение шума пик-пик () ОУ 4, 6. , - peak-to-peak noise voltage ( )
На фиг.6 представлены временная диаграмма и спектрограмма шумовой составляющей на выходе блока ПШ 1, реализованного с использованием: ОУ 4, 6 - ОУ ОР07С (=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 = 0,54 мкВ).Figure 6 shows the timing diagram and the spectrogram of the noise component at the output of the
На фиг.7 представлены временная диаграмма и спектрограмма шумовой составляющей напряжения шума на выходе стабилизатора с блоком ПШ при (напряжение шума пик-пик = 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 (noise voltage peak-peak = 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 .A change in ΔU in by ±10% of U in led to a change in ΔU out by 0.059% at .
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)
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)
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)
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 |
-
2021
- 2021-05-27 RU RU2021115208A patent/RU2767490C1/en active
Patent Citations (5)
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)
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 |