Источник опорного напряжения Советский патент 1983 года по МПК G05F3/18 

.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в цепях питания различной радиотехнической аппаратуры, а также в цифроаналоговцх и аналого-цифровых . преобразователях. Известен источник опорногонапря жения, содержащий регулирующий, тран .эистор/ база которого соединена с коллектрром транзистора усилителя п стоянного тока, базой подключенного к эмиттеру регулирующего транзистора/ образцовый .резистор-и стабилитрон, .один вывод которого соедине с общей шиной и резистор/ эмиттер р гулирующего транзистора через образ цовый резистор/ а эмиттер транзисто ра усилителя постоянного тока непосредственно подключены к входной кл ме, коллектор транзистора усилите,ля постоянного тока через-резистор соединен с общей шиной, а коллектор регулирующего транзистора подключен к другому .выводу стабилитрона и к выходной клемме/ коллектор регулирукицего транзистора и другой вывод стабилитрона соединены через p-rt-ne реход дирдаИ-. . Однако источник .опорного напряже ,ния имеет недостаточно высокую стабильность выходного напряжения, обусловленную разностью температурногР коэффициента опорного напряжения стабилитрона и температурного -коэффициента напряжения диода . ткнд. ; Наиболее близким к изобретению . -по технической сущности является ис точник опорного напряжения/ включаю щий полевой транзистор, исток крторого через обратно смещённый переход транзистора (зенеровский диод) соединен с базой плоскостного транзистора, затвор полевого транзистора соединен с коллектором (или эмиттером плоскостного транзистора/входное напряжение подается меж ду стоком полевого транзистора и эмиттером (или коллектором) плоскос ного транзистора/ а выходноенапряжение формируется между истрком пол вого транзистора и эмиттером (или коллектрром плоскостного транзисто ра. ... :, . Источник опорного напряжения содержит также усилитель постоянного тока и резистор в цепи обратной связи усилителя Температурная. зависимость напряжения зенеровского диода компенсируется температурной зависимостью диода, образованного переходом база-коллектор (база-эмит тер плоскостного транзистора/ одно временно изменение падения напряжейия на зенеровском диоде от изменения температуры компенсируется изме нением напряжения исток-затвор/ вызывающим изменение.сопротивления, полевого транзистора, выполняющего рРль токозсщающего сопротивления зенеровского диода и меняющего св.ое значение обратно пропорционально изменению температуры окружающей среды. Усилитель постоянного тока в схеме источника спорного напряжения испольт зуется в качестве буферного/, имеющегр-большое входное сопротивления {2 . Однако известный источник опорного напряжения имеет недостаточно вы.сокую стабиль,ность выходного напряжения, обусловленную разностью температурных коэффициентов опорного напря:жения зенеровского диода и напряжения перехода база- коллектор (базаэмиттер) .плоскрстногр транзистора, Ограниченный диапазрн регулирования тока стабилизации и на-пряжения стабилизации рри изменении температуры, :при данном значении-дифференциального сопротивления зенеровского диода, . обусловленные существенно нелинейной передаточной хардктеристикой полевого транзистора/ а-также трудностью настройки схемы и выбора Начального сопротивления (рабочей точки) полевого транзистора/ т.е..стабильность выходного напряжения источника может бьггь достаточной лишь в з. выбранном, ограниченном диапазоне температур и входных напря.жёний. , Целью изобретения является повышение, термостабиль-нос.ти источника опорного напряжения и р асширение диапазона входных напряжений. Поставленная цель достигается тем, что .в источнике опорного напряжения, содержащем последовательно соединенные .образцовый резистор/ прямо смещенный р-п переход диода и стабилитрон/ свободный электрод которо- го соединен с общей шиной, и операциЬнный усилитель .с двумя резисторами обратной связи/ общая трчка которых соединена с инвертирующим входом операционного усилителя/ а свободный вывод одного из резисторов соединен с выходом операционного усилителя/ точкд соединения дирда и стабилитрона подключена к свободному выводу другого резистора обратной связи/, анод .диода соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя/ выход которого соединен со свободным выводом образцового резистора и с выходным выводом образцового резистора и с выходным выводом источника. На чертеже представлена функциональная схема источника опррного напряжения. Устройство содержит резисторы 1 и 2 обратной связи образцовый ре:3истор 3, диод 4/ стабилитрон 5/ операС1Ионный усилитель (ОУ 6 . В качестве стабилитрона может быть использован зенеррвский пробой обратно смещенного перехода база-эмиттер интегрального транзистора ; В качестве диода - переход ба за-эмиттер (база-коллектор) транзистора. Выходное напряжение источника определяется величиной напряжения , стабилизации Vg стабилитрона 5/ |являю1димся синфазнь1м входным; напряжением ОУ б, и величиной падения напряжения на диоде 4, умноженной -на коэффициент передачи ОУ 6. Напр жение на диоде является дифференциальным входным напряжением ОУ 6. Коэффи циент передачи ОУ определяется отношением резисторов 1 и 2 обратной связи. .: . ; При изменении температуры окружаю щей ереды, например, увеличении, уве личивается падение напряжения на ста билитроне 5, уменьшается падение нат пряжения на диоде 4, что вызывает уменьшение выходного напряжения ОУ 6 относительно возрастающего напряже. ния на стабилитроне 5. При этом уменьшается ток через образцовый резистор 3 и соответственно через стабилитрон 5. При этом синфазное входное напряжение ОУ, определяемое напряжением стабилизации Vci- хотя . .и увеличивается, градиент этого увеличения уменьшается пропорционально уменьшению падения напряжения на дио де таким образсии, что выходное напряжение источника, определяемое сум мой падений напряжений на стабилитроне и диоде, остается неизменным. При этом величина уменьшения градиента напряжения стабилизации определяется. коэффициентом передачи ОУ б, и устанавливается одним и тем же для пары диод-стабилитрон, реализова ной на любых транзисторах выбран-г . ного типа. . . Изменение градиента падения напря жёния на стабилитроне в отличие от известного источника в предлагаемом носит линейный характер, определяемый передаточной характеристгикой ОУ, линейной в широком диапазоне входных- токов, напряжений и изменения т;емпературы. В описываемой схеме источника опорного напряжения принято Rj« Rj Таким образом, ток через стабилитрон 5 определяется в основном величиной образцового сопротивления Rg при выбранном соотношении сопро тивлений резисторов Н - из . . схемы Vi e t-ircT V,-Vj-VogV4rg, - потенциал зенеровско -о пробоя; ь Гл) - дифференциальные сопроь тивления стабилитрона и диода соответственно Vorf - потенциал отпирания дио. да; 1 - ток через стабилитрон и диод) V, - потенциал на аноде дио. . да} Vj - потенциал на катоде диода. Данные и последующие вывода оде-, ны в предположении, что коэффицит передачи ОУ с разомкнутой цепью ратной связи стремится к бесконечсти, тогда / где VJ - понциал на инвертирующем в;соде б ОУ. Величины е, и Vfl в диапазоне измеия токов, протекающих через диод табилитро.н, в рассматриваемой ме существенным образом зависят ь от температуры р-Г7-перехода, ме того, стабильность параметРСТ иV также является функцией пературы окружающей среды(б): т.е. . Vj(S,,(eHi cTW V,(9.ibV,(9,fbVog(e),f-(e) (2) iТок 1 определяется по формуле : :. („ Аналогично получа ем соотношение lVe,,-V,);R,.(v,-V)/R, (4) Откуда ,Н ( Из (3) и (4) находим (,N|R3 (6) усключая величину i из формул и (2) с помощью равенства (6) , учаем систему уравнений, опреяющих зависимостьУ и V от тематуры в предлагаемой схеме v,,w.o,(e) W tv tebVite)) )-V2(e)Vo(e). g(e)B) Из равенства (8) получаем v.-v,-v,J(,-« , (Ч в последнем выражении и далее вол в опускается. Из (7) прслё подстановки. 9 поаемV Н И (9) с учетом |(10), получаем ) Ve,-, Подставляя значения V и V опр деленные выраженийми (10) и (11) в формулу (5}, находи м за;висимо.ст выходного напряжения источника от параметров элементов схемы v Т Vog Гст1 lh%-lifg.}R, Отсюда . . . Ve«, e, Рст5111-N pgl, гдеСОс, Гс,. ЧС .- OT носительные величины дифференциаль шлх сопротивлений стабилитрона и диода соответственно. , .Дифференцируя (12). , получим в приращениях Д4Н(ОРст t, Vebix 9 3 JeV 1-Mpg V n nHvpcT I l.Kptf 1 r4.«pg бчеввдно, условие полной темпе ратуряойкомпенсации определится равенством , - 0 1-Npg c3ee3%+Ni p ;Tl JeVo J 4Н(Нрст1 /-Np Н Из анализа последнего выражения с;тедует, что в схеме выполняется условие полной температурной компенсации при любой величине температурного коэффициента напряжения зе- . неровскрго пробоя. Деличина компенсации устанавливается выбором N , в то время,.как в известном, источнике опорного напряжения аналогичная температурная компенсация при |ткН(.т/ ТКНр/нв осуществляется. В описываемом, источнике расширен диапазон температур при большей стабильности. выходного напряжения, за счет Нормиро.вания температурных градиентов диода и стабилитрона с .помощью.операционного усилителя, имеющего, линейную передато.чную характеристику в широком диапазоне входных токов, напряжений и температур.. Преимуществом данного источника : является также то, .что величина N устанавливается одной и той же для любой пары диод-стабилитрон из -выбранного типа транзисторов. Изменение напряжения питания операционного усилителя, являющегося входным напряжением источника, оказывает незначительное влияние на изменение; выходного напряжения источника, что обусловлено большим коэффициентом Ослабления влияния питающего напряжения, достигающего у современных-операционных усилителей 100 и более децибелл.

источникОПОРНОГО НАПРЯЯСЕНИЯ, содержащий последовательно соединенные образцовый резистор,.прямо смещенный р-п-переход диода и ста- . билитрон,- свободный электрод которого соединен с общей им ной, и операционный усилитель с двумя резисторами обратной связи, общая точка которых соединена с инвертирующим входом олерационного усилителя, а свободный вывод одного-из резисторов соединен с выходом операционного усилителя, отлича.ющийся тем, что, с целью повышения термостабильности и расширения диапазона входных напряжений, в нем точка соединения диода и стабщ1итрона подключена к свободному другого резистора обратной связи, анод диода соединен с неинвертирующим входом опера1 ионного усилителя, выа в ход которого соединен со свободным выводом образцового резистора и (Л с выходным выводом источника. 7 %. сл со о :D :о