Источник опорного напряжения Советский патент 1983 года по МПК G05F1/56 

Устройство относится к технике стабилизации постоянного напряжения и может быть использовано в качестве источника опорного напряжения .в устройствах электропитания, автоматики, вычислительной и измерительной техники. Известен источник опорного напряжения на основе прямо смещенных Р-п переходов, позволяющий получить низкое термостабильное напряжение порядка 1,3 В Cl. Недостатком устройства является невозможность регулирования выходног напряжения. Известен источник опорного напряжения с регулируемым выходным напряжением на основе прямо смещенных p-ti переходов 2, Недостатком устройства является высокий уровень минимального выходного напряжения - 2,6 В. Кроме того, недостатком этих устройств является условие, при котором для точной термокомпенсации необходи мо обеспечить идентичность параметров минимально трех транзисторов. Это ограничивает целесообразность изготовления подобных устройств твер дотельной технологией. В широко распространенной гибридно-пленочной технологии возможно использовать лиш сборку из двух транзисторов с идентичными параметрами, выпускаемую в бескорпусном варианте. Наиболее близким к изобретению является источник опорного напряжения, содержащий усилительный транзис тор, эмиттер которого подключен к общей шине, а коллектор через нагрузочный элемент - к выходной клемме, регулирующий транзистор, эмиттер которого подключен к выходной клемме, коллектор через резистор подключен к общей шине, а база подключена к коллектору усилительного транзистора, и Е езистивный делитель, включенный между выходной клеммой и коллектором регулирующего транзистора и средней точкой соединенный с базой усилитель ного транзистора. . Устройство позволяет получить весьма близкое к нулю динамическое сопротивление в широком диапазоне токов нагрузки, а изменение коэффици ента передачи делителя позволяет регулировать выходное напряжение от 1,3 В до напряжения пробоя транзисторов С 3 . Недостатком известного устройства является низкая температурная стабильность выходного напряжения, Действительнб, выходное напряжение U,, складывается из напряжения базаэмиттер усилительного транзистора Utj и падения напряжения на верхнем пле4е резистивного делителя. Последнее не зависит от температуры и тогда температурная стабильность выходного напряжения определяется зависи- мостью Ugj. от температуры, составлякнцей около 2,2 мВ/К. Математически можно записать следующим образом J6ь,,A где Кд - коэффициент передачи резистивного делителя; R, Rц - сопротивление верхнего и нижнего плеча резистивного делителя соответственно. Зависимость Оц,, от температурь может быть представлена в виде Пых. , -дт- -вг А dT % При использовании тонкопленочных или прецизионных дискретных резисторов в делителе значением л5К /dT можно пренебречь. Тогда ГмВ 1 ,, что в относительных единицах составляет 0,34%/К. Метод термокомпенсации с использованием дополнительного высокостабиль- ного источника напряжения зачастую принципиально неприемлем, к тому же не позволяет получить высокой стабильности динамического сопротивления и выходного напряжения, особенно при малых токах нагрузки (менее 10 мА) Целью изобретени-я является повышение температурной стабильности выходного напряжения. Поставленная цель достигается тем, что источник опорного напряжения, содержащий усилительный транзистор, эмиттер которого подключен к общей шине,.а коллектор через нагрузочный элемент - к выходной клемме, регу лирующий транзистор, эмиттер которого подключен к выходной клемме, . тор через резистор подключен к общей, шине, а база подключена к коллектору , усилительного транзистора,резистивный дел1:1тёль,первый резистор которого одним концом подключен к выходной клемме, второй резистор включен между коллектором регулирующего и базой усилительного транзисторов, снабжен дополнительным транзистором, база которого соединена с базой усилительного транзистора, коллектор соединен с другим концомгпервого резистора делителя, и двумя резисторами, один из KOTOpftix включен между эмиттером дополнительного транзистора и общей шиной, а второй - между базой и коллектором дополнительного тразистора. На чертеже представлена схема источника опорного напряжения. . Устройство содержит усилительный транзистор 1, коллектор которого через нагрузочный элемент 2 подключен к выходной клемме, регулирующий транзистор 3, коллектор которогочерез резистор 4 подключен к общей шине, резистивный делитель, состоящий изрезисторов 5 и 6 и дополнительного резистора.7, дополнительный транзистор 8, в змиттерной цепи которого включен второй дополнительный резистор 9. Устройство работает следующим образом. Транзистор 1, является одновремен но измерительным и усилительным элементом, вырабатывает разностный сигнал между напряжением база-эмиттер и выходньаи напряжением U, , пос тупающим на базу этого транзистора через элементы резистивного делителя 5 и .7, усиливает этот сигнал и подает на базу транзистора 3. При этом сопротивление участка коллектор эмиттер транзистора 3 изменяется таким образом, что, Uebix остается ПОСТОЯННЕЙ в широком диапазоне тока нагрузки. Резистор 4 Создает положительную обратную связь по току, что позволяет получить нулевое дйнаглическое сопротивление. Величин этого резистора составляет 5-10 Ом, поэтому падение напряжения на -нем составляет несколько мВ. Выходное напряжение складывается из напряжения база-эмиттер усилительного транзистор 1 паде ния напряжения на резисторах 5 и 7. Падение напряжения на резисторе 7 .не зависит от температуры в первом приближении, напряжение Ugg имеет отрицательный температурный коэффициент о. -2,2 мВ/К. Значит для температурной компенсации необходимо, чтобы пгщение на;пряжения на резисто ре 5 имело положительный температур ный коэффициент, по модулю равный сб Для этого коллекторный ток дополнцтельного транзистора 8 должен иметь положительный температурный коэффициент что рбеспечивается определен аьал соотношением плотности тока чер эмиттерные переходы транзисторов 1 и 8 и сор йошением сопротивлений ре зксторов 5 и 9. При этом температурный коэффициент вьйсодного напряжения может имет как положительное, тока и отрицател ное значение в зависимости от соотн шения температурных коэффициентов напряжения на переходе база-эмиттер усилительного транзистора 1 и йа резисторе 5, причем точность компен сации зависит от точности задания параметров элементов 1, 8, 5 и 9. Для иллюстрации процессов, связлных с изменением температуры, прием несколько допущений: а)параметры транзисторов, 1 и 8 дентичны, это возможно при использоании пары транзисторов.в одном ристалле; б)падение напряжения на резистое 4 пренебрежимо мало в сравнении напряжением база-эмиттер; в)ток базы транзисторов 1-;и 8 ренебрежимо мал в сравнении с током елителя 5, 7 и 6, такой режим может ыть обеспечен соответствующим выором типа транзисторов и сопротивлеий резистивного ) делителя. Приведенные допущения ,не влияют а общность рассуждений, все эти акторы можно учесть при более сложых и точных расчетах. Выходное напряжение источника порного напряжения определяет.ся ыражением. WH. де U I и I 0 - напряжения на пере 1 ходе база-эмиттер транзистора 1 и на резисторах 7 и 5 соответственно. Напряжения Uc рассчитываются ледующим образом .(). ( , ц-s R,., где Jg - коллекторный ток транзистора 8 . Учитывая,.что базовый ток транзистора 8 пренебрежимо мал, то г .- где Ug - падение напряжения на резисторе 9. В случае идентичндсти параметров транзисторов 1 и 8 (,/:),.(M где - температурный потенци- ал;Tj, - коллекторный ток транзистора 1. Подставляя выражения (2J-(5) в (1), получим: (iP8) --«5/«9Температурная стабильность ) с учетом того, что 3 Чых . |Ц-5)ЛЛ.: 26ГЗ Из выра:жений (4) и (5) следует jLi lii/M ЗТ () / Тогда, для того чтобы 4i/B,,,x/di необходимо, i.,,iViL f 214рп( Обозначим ) ., ) Тогда условие (8) перепишетсявидеЗадаваясь токами Э и Oj 1 п. Q , МОЖ рассчитывать необходимое значение КА для условия ПОЛНОЙ ТврМОКОМПеН «ИИг .-- , -k ) Решая совместно уравнения (6) (10) можно определить зависимость величины термокомпенсированного н .ряжения UBJ,, от параметров схемы ,, 1. оГИс Ъ о ( что otTftU Учитьюая, , получим лап f 41JHJ uv. IVOU If i /к, .Нг)(11) следует, что Из равенства для заданного К и значения К ределенного из рав.енства (10), величиHa термокомпенсированного напряжения может перестраиваться в широких пределах изменением величины Kj., что осуществляется изменением величины резисторов 6 или 7. Из равенства (11) с учетом предыдущего также следует, что минимальная величина Ugj,, получается при возможно больших значениях К и RT -О и составляет 1,6 В при (3./3й) 10.. Предлагаемое устройство имеет низкое выходное сопротивление - менее 0,1 Ом в диапазоне токов нагрузки 1 - Го мА, малое количество элементов , определяющее высокую надежность и малые массу и габариты, возможность изготовления на основе гибридно-пленочной технологии, получившей широкое распространение и характеризующейся невысокими затратами на освоение производства. Использование предлагаемого источника опорного напряжения в устройствах электропитания, автоматики, вычислительной и изме)ительной техники позволит повысить точность работы и другие технико-экономические показатели зтих устройств.

ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий усилительный транзистор, эмиттер которого подключен к общей ишне, а коллектор через нагрузочный элемент - к выходной клемме регулирующий транзистор, эмиттер которого подключен к выходной клемме, коллектор через резистор подключен к общей шине, а база подключена к коллектору усилительного транзистора, резистивный делитель, первый резистор которого одним концом подключен к выходной клемме, второй .резистор включен между коллектором регулирующего и базой усилительного транзисторов, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения температурной стабильности выходного напряжения, он снабжен дополнительньФ транзистором, база которого соединена с базой усилительного транзистора, коллектор i соединен с другим концом первого реСП зистора дeлитeJlЯ, и двумя резисторами, один из которых включен эмиттером дополнительного транзистора и общей шиной, а второй - между базой и коллектором дополнительного трайзистора.