ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК G05F3/26 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника опорного напряжения.

Известны источники опорного напряжения (ИОН), содержащие источник тока и стабилитрон, отличающиеся максимальной простотой [1]
Недостатком таких ИОН является невозможность изменения выходного напряжения в широких пределах, относительно высокое выходное сопротивление и, как следствие, низкий коэффициент стабилизации.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является ИОН, содержащий источник тока, включенный между шиной питания и выходной клеммой, транзистор, коллектор которого подключен к выходной клемме, первый резистор, включенный между коллектором и базой транзистора, второй резистор, включенный между базой транзистора и общей шиной, стабилитрон, подключенный катодом к эмиттеру транзистора, а анодом к общей шине [2]
Недостатком прототипа является высокое выходное сопротивление и низкий коэффициент стабилизации.

Для снижения выходного сопротивления и повышения коэффициента стабилизации в схему прототипа, содержащую источник тока, включенный между шиной питания и выходной клеммой, первый резистор, включенный между выходной клеммой и точкой соединения первого вывода второго резистора с базой первого транзистора, стабилитрон, подключенный катодом к эмиттеру первого транзистора, а анодом к общей шине, введены третий резистор, включенный между вторым выводом второго резистора и общей шиной, второй транзистор, подключенный эмиттером к выходной клемме, а объединенными базой и коллектором к коллектору первого транзистора, третий транзистор, подключенный эмиттером к выходной клемме, а базой к точке соединения коллектора первого транзистора с коллектором и базой второго транзистора, причем коллектор третьего транзистора включен в точку соединения второго и третьего резисторов.

Схема прототипа приведена на фиг.1, а предлагаемого ИОН на фиг.2.

Предлагаемый ИОН (фиг.2) содержит источник тока 1, включенный между шиной питания и выходной клеммой, первый резистор 2, включенный между выходной клеммой и точкой соединения базы первого транзистора 3 с первым выводом второго резистора 4, второй транзистор 5, подключенный эмиттером к выходной клемме, а объединенными базой и коллектором к коллектору первого транзистора 3, стабилитрон 6, подключенный катодом к эмиттеру первого транзистора 3, а анодом к общей шине, третий резистор 7, включенный между точкой соединения второго вывода резистора 4 с коллектором третьего транзистора 8 и общей шиной, эмиттер транзистора 8 подключен к выходной клемме, а база транзистора 8 к базе транзистора 5.

Прежде чем рассмотреть работу предлагаемого устройства, рассмотрим работу схемы прототипа (фиг.1), так как это необходимо для сопоставительного анализа.

При условии, что коэффициент усиления тока базы β транзистора VT1 (фиг. 1) много больше единицы, выходное напряжение схемы прототипа может быть представлено известным выражением [2]

где U_ст напряжение стабилизации стабилитрона VD1; U_бэ - напряжение база-эмиттер транзистора VT1; R₁, R₂ сопротивление резисторов R1 и R2 соответственно. Выходное сопротивление r_пр можно найти, продифференцировав выходное напряжение по току источника тока

где I_э ток эмиттера транзистора VT1; I_пр ток источника тока G1. Тогда

где r_эпр и r_стпр дифференциальные сопротивления эмиттера транзистора VT1 и стабилитрона VD1 соответственно.

Рассмотрим работу устройства (фиг. 2). С помощью транзисторов 5 и 8, выполняющих роль "токового зеркала", в ИОН введена положительная обратная связь. При близких параметрах транзисторов 5 и 8, что возможно при их интегральном исполнении, ток I₈ коллектора транзистора 8 можно считать равным току коллектора транзистора 3 и при β > 1 току I₃ эмиттера транзистора 3. Выходное напряжение U_вых можно определить как

где4 U_ст напряжение стабилизации стабилитрона 6; U_бэ - напряжение база-эмиттер транзистора 3; R_i сопротивление i-го резистора. Выходное сопротивление r_вых можно представить в виде

где r_э и r_ст дифференциальные сопротивления эмиттера транзистора 3 и стабилитрона 6 соответственно.

Из анализа выражения (5) следует, что для получения выходного сопротивления, равного нулю, необходимо выполнение равенства

При этом коэффициент стабилизации K, равный

где r_ит внутреннее дифференциальное сопротивление источника тока; E_n напряжение шины питания, обращается в бесконечность. В случае приближенного выполнения равенства (6) выходное сопротивление заявляемого ИОН оказывается в десятки и сотни раз ниже, чем в схеме прототипа, а коэффициент стабилизации выше.

Сущность изобретения: устройство содержит источник тока, включенный между шиной питания и выходной клеммой, первый резистор, включенный между выходной клеммой и точкой соединения базы первого транзистора с первым выводом второго резистора, второй транзистор, подключенный эмиттером к выходной клемме, а объединенными базой и коллектором - к коллектору первого транзистора, стабилитрон, подключенный катодом к эмиттеру первого транзистора, а анодом - к общей шине, третий резистор, включенный между точкой соединения второго вывода резистора с коллектором третьего транзистора и общей шиной, эмиттер третьего транзистора подключен к выходной клемме, а его база - к базе второго транзистора. 2 ил.

Источник опорного напряжения, содержащий источник тока, включенный между шиной питания и выходной клеммой, первый резистор, включенный между выходной клеммой и точкой соединения базы первого транзистора с первым выводом второго резистора, стабилитрон, подключенный катодом к эмиттеру первого транзистора, а анодом к общей шине, отличающийся тем, что в устройство введены третий резистор, включенный между вторым выводом второго резистора и общей шиной, второй и третий транзисторы, эмиттеры которых подключены к выходной клемме, а базы к точке соединения коллекторов первого и второго транзисторов, причем коллектор третьего транзистора включен в точку соединения второго и третьего резисторов.