ИСТОЧНИК ТОКА Российский патент 1994 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в качестве источника стабильного тока или напряжения с термозависимыми выходными характеристиками.

Известен термозависимый регулятор напряжения постоянного тока, содержащий регулирующий транзистор, термозависимый мост, дифференциальный усилитель с соответствующими связями [1] .

Однако он имеет недостаточно высокие стабильность и внутреннее сопротивление (при использовании его в качестве источника тока), что обусловлено непосредственной связью цепей, управляющих регулируемым транзистором, с обеими шинами питания источника.

Из известных устройств наиболее близким к описываемому является термозависимый источник опорного напряжения, который может быть также использован и как термозависимый источник тока [2] .

Это устройство, принятое за прототип, содержит включенный в одну из силовых шин регулирующий элемент на составном транзисторе, состоящем из проходного биполярного и согласующего полевого транзисторов, усилитель постоянного тока, выход которого соединен с затвором согласующего полевого транзистора, измерительный мост с источником опорного напряжения в первом плече, причем первая вершина первой диагонали измерительного моста подключена к инвертирующему входу усилителя постоянного тока, вторая вершина с источником опорного напряжения в плече - к неинвертирующему входу усилителя постоянного тока, вывод для подключения источника питания и общую шину.

Прототип обладает тем же недостатком, что и аналог - низкая линейность термозависимой характеристики и малое внутреннее сопротивление.

Целью изобретения является повышение линейности термозависимой характеристики и увеличение внутреннего сопротивления.

Цель достигается тем, что в источник тока, содержащий включенный в одну из силовых шин регулирующий элемент на составном транзисторе, состоящем из проходного биполярного и согласующего полевого транзисторов, усилитель постоянного тока, выход которого соединен с затвором согласующего полевого транзистора, измерительный мост с источником опорного напряжения в первом плече, причем первая вершина первой диагонали измерительного моста подключена к инвертирующему входу усилителя постоянного тока, вторая вершина с источником опорного напряжения в плече - к неинвертирующему входу усилителя постоянного тока, вывод для подключения источника питания и общую шину, введены термозависимые элементы, включенные в первое и второе плечи измерительного моста, источник ЭДС, включенный между коллектором проходного биполярного транзистора и первой вершиной второй диагонали измерительного моста, и двуплечий делитель тока, крайним выводами включенный между второй вершиной второй диагонали измерительного моста и одной из питающихся шин усилителя постоянного тока, а средним выводом соединенный с общей шиной, при этом другая питающая шина усилителя постоянного тока подключена к точке соединения источника ЭДС с коллектором биполярного транзистора, эмиттер которого соединен с выводом для подключения источника питания, кроме того, по меньшей мере одно из плеч делителя тока выполнено регулируемым, а база проходного биполярного транзистора через цепь сток - исток согласующего полевого транзистора соединена с первой вершиной второй диагонали измерительного моста.

Кроме того, с целью расширения области использования, в цепь неинвертирующего и инвертирующего входов усилителя постоянного тока введены размыкающие контакты.

На фиг. 1 приведена схема термозависимого источника тока; на фиг. 2 - пример его реализации.

Термозависимый источник тока (см. фиг. 1) содержит дифференциальный усилитель 1 постоянного тока, термозависимый измерительный мост 2 плечи ас, сb, bd и ad, включающий первое ad и второе bd плечи с термозависимыми элементами, при этом первое плечо моста 2, выполненное в виде источника 3 опорного напряжения, соединено с первой вершиной первой диагонали моста 2 и неинвертирующим входом дифференциального усилителя 1, а второе плечо - с второй вершиной первой диагонали моста 2 и инвертирующим входом дифференциального усилителя 1, регулирующий элемент на проходном биполярном транзисторе 4 и согласующем полевом транзисторе 5, источник 6 ЭДС и делитель 7 тока, состоящий из двух плеч, по крайней мере одно из которых выполнено регулируемым, при этом эмиттер транзистора 4 соединен с первой шиной 8 питания, коллектором - с первым выводом питания дифференциального усилителя 1 и первым выводом источника 6 ЭДС, а база через полевой транзистор 5 соединена с вторым выводом источника 6 ЭДС и первой вершиной второй диагонали моста 2, вторая вершина которой и второй вывод питания дифференциального усилителя 1 соединены соответственно с первым и вторым плечами делителя 7 тока, вход которого соединен с второй шиной 9 питания. Выход дифференциального усилителя 1 соединен с затвором полевого транзистора 5, неинвертирующий и инвертирующий входы - соответственно с первой и второй вершинами первой диагонали моста 2 через размыкающиеся контакты 10.

Источник тока работает следующим образом.

До подключения к термозависимому источнику тока напряжения питания (к шинами 8 и 9 питания) канал полевого транзистора 5 находится в проводящем состоянии, т. е. его область сток - исток имеет минимальное омическое сопротивление, благодаря чему база биполярного транзистора 4 связана с источником питания через последовательно соединенные канал полевого транзистора 5, термозависимый мост 2 и делитель 7 тока, что обеспечивает надежный запуск источника тока. При включении питания появившийся ток коллектора транзистора 4 разветвляется на две составляющие: ток, протекающий через дифференциальный усилитель 1, и ток, протекающий через источник 6 ЭДС, выполненный, например, в виде полупроводникового диода. Каждая из этих составляющих токов способствует выходу режим дифференциального усилителя 1, источника 6 ЭДС и термозависимого моста 2.

В дальнейшем при рассмотрении работы источника тока, базовые токи транзисторов при 100 не учитываются.

Токи I₂ и I₁, протекающие через термозависимые плечи ad и bd моста 2, выполненные, например, в виде транзисторов в диодном включении с одинаковой или различной площадью эмиттера, смещают эти диоды в прямом направлении и связаны с напряжениями на диодах следующим образом
U= ln ;
U= ln , (1) где К - постоянная Больцмана;
Т - абсолютная температура;
q - заряд электрона;
Т_о - ток насыщения.

Токи I₁ и I₂ находятся между собой в следующей связи:
I₂/I₁= n, (2) а ток I₁= = ln , где R_o - сопротивление резистора в термозависимом плече с последовательно включенным диодом и резистором, а с учетом [2]
I₁= ln n ; (3)
I₂= ln n . (4)
При этом ток, входящий в плечо делителя 7 тока, соединенное с второй вершиной d второй диагонали моста, будет равен
I_Σ= I₁+I₂= (n+1) ln n
Если делитель 7 тока выполнен в виде токового зеркала (см. фиг. 2), то токи обоих его плеч будут равны между собой, а ток на выходе делителя 7 и, следовательно, ток термозависимого источника тока будет равен
I= 2(n+1) ln n= αT .

Если по крайней мере одно из плеч делителя 7 тока выполнено регулируемым, например, в виде переменного резистора (см. фиг. 2), то, изменяя его величину и тем самым величину эмиттерного тока дифференциального усилителя 1, можно получить температурную зависимость источника тока с различным температурным коэффициентом (положительным, нулевым или отрицательным).

Как стабилизатор термозависимого тока при изменении амплитуды напряжения питания источник работает следующим образом. При изменении напряжения в ту или другую сторону это изменение с вершин первой диагонали моста 2, соединенных с входами дифференциального усилителя 1, передается на выход усилителя, который с помощью управляемого источника тока на полевом транзисторе 5, подключенного к базе транзистора 4, компенсирует это изменение.

Данный источник тока имеет существенно более высокое выходное сопротивление, чем прототип и аналоги, и требует более низкого напряжения питания, что достигается оригинальным включением полевого транзистора 5 и источника 6 ЭДС.

Данный источник может быть использован и как термозависимый источник постоянного напряжения, которое может сниматься с шин 9-11 и 9-12, а также как термозависимый источник переменного стабильного сигнала, если, например, инвертирующий вход дифференциального усилителя 1 одновременно связать через высокоомный резистор (несколько десятков мОм), включенный между разомкнутыми выводами 10, с второй вершиной первой диагонали моста 2 и через источник переменной ЭДС, например, пьезоэлемент - с второй шиной питания либо с термозависимым плечом bd, например, с точкой соединения диода с резистором. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 769513, кл. G 05 F 1/56, 1980.

2. Радио. -1980, N 8, с. 46.

Область использования: в качестве источника стабильного тока или напряжения с термостабильными характеристиками. Сущность изобретения: устройство содержит включенный в одну из силовых шин регулирующий элемент на проходном биполярном 4 и согласующем полевом 5 транзисторах, усилитель 1 постоянного тока, измерительный мост 2 с источником 3 опорного напряжения в одном из плеч. В устройство введены двухплечевой делитель 7 тока, одно из плеч которого выполнено регулируемым, и источник 6 ЭДС, включенный между коллектором транзистора 4 и первой вершиной второй диагонали моста 2. Такое построение устройства позволит повысить линейность его термозависимых характеристик и увеличить внутреннее сопротивление. 1 з. п. ф-лы. 2 ил.

1. ИСТОЧНИК ТОКА, содержащий включенный в одну из силовых шин регулирующий элемент на составном транзисторе, состоящем из проходного биполярного и согласующего полевого транзисторов, усилитель постоянного тока, выход которого соединен с затвором согласующего полевого транзистора, измерительный мост с источником опорного напряжения в первом плече, причем первая вершина первой диагонали измерительного моста подключена к инвертирующему входу усилителя постоянного тока, вторая вершина с источником опорного напряжения в плече - к неинвертирующему входу усилителя постоянного тока, вывод для подключения источника питания и общую шину, отличающийся тем, что, с целью повышения линейности термозависимой характеристики и увеличения внутреннего сопротивления, в него введены термозависимые элементы, включенные в первое и второе плечи измерительного моста, источник ЭДС, включенный между коллектором проходного биполярного транзистора и первой вершиной второй диагонали измерительного моста, и двухплечий делитель тока, крайними выводами включенный между второй вершиной второй диагонали измерительного моста и одной из питающих шин усилителя постоянного тока, а средним выводом соединенный с общей шиной, при этом другая питающая шина усилителя постоянного тока подключена к точке соединения источника ЭДС с коллектором биполярного транзистора, эмиттер которого соединен с выводом для подключения источника питания, кроме того, по меньшей мере одно из плеч делителя тока выполнено регулируемым, а база проходного биполярного транзистора через цепь сток - исток согласующего полевого транзистора соединена с первой вершиной второй диагонали измерительного моста. 2. Источник тока по п. 1, отличающийся тем, что, с целью расширения области использования, в цепь неинвертирующего и инвертирующего входов усилителя постоянного тока введены размыкающие контакты.