Источник эталонного напряжения Советский патент 1987 года по МПК G05F1/613 

.Изобретение относит :;я к Э1:ектрот; х- нике и может быть использовано для электропитания прецизионной радио- :3лектронной аппаратуры,.

Целью изобретения является умен,- шение температурного дрейфа вьзходн зг; напряжения источника.

На еИг.1 представлена принципиальная электрическая схема источника эталонного напряжения; на фнг 2 - конструкция цепи задания термоэависи- мого тока.

Источник эталонного напряженки zo- держит первый транзистор 1 первый 2 и второй 3 резисторы, термодатчик ц операционны усилитель 5 гледящик Источник 6 термозависимого тока и ДЯ1ДИЙ инвертирующий разветЕ итель / тока. Термодатчик 4 выполнен в ви.ле активного дБухплечево1 о моста, пер- вое и второе плечо которого соотзет- ственно содержат второй усилителы Ы1 транзистор 8 и третий нагрузочный резистор 9, разделенный на части Ь и 9 , третий уснлитч л:-ный транзис ор 10 и четвертый нагрузочный 11, разделенный i-fa части 11 и И, причем сопротивления )-:; прикцш- .i- ления резисторов 9 н 11 с- пл-шакозь;, т.е. српротивлен ия резистс-ров , л равны сопротиалания частей i и 11 равны г., Площа,п,ь пм5- ттера транзистора 8 в А раз irn-j y, л -; эмиттера транзистора 10,; ука м- ны эмиттеры объеди 1ены и . г: 12 токоотвода подключены к общеш ; :и- не 13., Следящий источник 6 термоз;;-- висимого тока выполнен на ог;оряог4 транзисторе 14 в диодном втслюченип и четвертом транзисторе 15., имегогщсм по меньшей мере два к(зллекторных вхс. да 16 и 17, текущие через i Hx токи

u и

Г. пропорциональны п::1оща,:1;ям

соответствующих безоколлекгорлых лс.- реходов транзистора 1.5. Источник h структурно построен Г;О cxei-ie TOKOisr; го зеркала, в которое: зм.и ггернь Й ток транзистора 15 пропоргу-гонален эмиттерному току транзистора 1, Следящий инвертирующий разветвитель 7 тока выполнен на пятом транзистор г 18 в диодном включении и шестом трач: зисторе 19, имеющем по меньшей мере три коллектора 20 -- 22, ка;вдьш из ко торых используется для отвода темпе- ратурно-зависимой тока. Цепи питания операционного уси.лителя 3 п я фиг, 1 не показаны и, поскольку,пос

Г

лелнии предназяачеь: выработки нагприжения К одной юлярности.

МОГ УТ быть : ОДХЛЮЧ ;ЧЫ к ВЫВОД 1Ь 13 я

23 источников. При тгом выво;г 23 ис псл.ьзуется для подс-чи гока Г1ит;л-1ия ( источгп1К тор:а лян резис ;ор), а усилитель 5 развивает межл.у вы..одами 13 и 23 напряжение Е - 2 VG ( где VG - ширина запре1де -;ной зонь: кремни ; В), При этом транзистор 14 вь-гтолис : 3 виде структуры с боковэ И;1жеKiUi( И сечение которой показано па фиг, 2. 3 кремниевой под. южке 24 п-типа .мегирс- ванием акцептсрной примесью cn:-;;iaHa локал1Л ая Р-область 2.5. зале- гглигя , кс-тор.ая пс Средством г- ifjM-iBaHHhix коргактных л.о1:ожек Лчле на на два пезнстора 2 и 3 ;;; гивленн ем I- ., и R,. . а .се о к; -:;; с..; и служат к:)ллектором тр :з1;стора - .. Эмиттер T Koj o траиз1-:стора пыпол- :;;л: в виде . кжальной обл,;;.сти 2. в од- ih: N цнффузио1111о -1 П зоцессе с ко, ;лскто- iJi-M и тоже rjjy6nHy залегания h, : ; а кзньпч з.п ;:к ::род :л.1 стгужит лп:;альный у iic.ток 28, созданный в резул; ате ii .фФузР П доР:Ор11ОЙ иримвси В ллоцес- г. форми;:. эМ -;ттеро)1 п-р 1 тран,i-.C fC l 03 ,

cTpOHc-nx.i чфиг.. i ф: лкIп oл pyeт ;;.ледумщим образом.

Питание и:;:точниь:а эталонно: .:) нап- олжения подается и;; вывод 23от4оси- Ti2:ibHo аьгвода 13 чефез токоограничк- гельный злек . оозле- е ;т любого 1 ипа. у1.ходное напряжение К снимаетсч между выводами 23 и 13. Термодатчлк 4 за счет раз.лп-;;ия инжектирующих площа- , ;з;1 усилительных Т)анзисторов 8 и -О з:)1рабатывает на их коллекторах разно- , тзгые напряжения, пропори.ионал ьные гм11ературному потеиииа:1у (,, т . е: температуре ТК,. Он(нрадио11ный спли- ::e.:ib 5 развивает на :зыходе такэе 1;ап-- Т .яжеиие Е, при котором разность нап- ряжст ий на (;гс вксдах приближгатся к у.л;о. Это ДОстиг ае гся когда i а резисторе 2 i т.1:):5даетс - к.смпенси-- рующий сигна.п нан;: чжйния U j -брат- ной СВЯ31 Л...1Я г ерм:)да чика 4. Ток . . литания транзистора 14 связан с тoкo обратной сс.чзи i с эо-гно1иением

rj 2J - коэффициенты по току (при включении с . общей базой) для тран

SHCTopoB 15 и 19 относительно соответствующих коллекторов 16 и 20. Токи, протекающие через коллекторные цепи транзисторов 18 и 19, пропорциональны i и вырабатывают в резисторных частях 9- 9 и 11-11 моста термодатчика 4 дополнительное напряжение коррекции, которое приво- дит к соответствующему изменению тока обратной связи i. Напряжение Е на выходе эталонного источника с учетом действия перечисленных цепей коррекции равно

F 2 1 fn iJl A+

R,,I,Jf(T)-bJJ()

, f 1 , RZO f(T) л . 9П

-R- лтьь:г-

жет контролироваться в процессе производства .

При ig О и (т.е. d j, a jj ) относительная температурная неста- бт:ьность f(T) резистора R, создает отрицательньп по знаку тепловой дрейф напряжения Е. При , Ь разность

f(T) - ЬД 1 +у„ Г

близка к значению 1 с погрешностью до членов второго порядка малости,

а отношение

(T}

f(T) - ьГ т

(-,--) меньше теплового дрейфа второ- i

Ьт 2

RH

А - отношение площадей эмиттеров

транзисторов 8 и 10; о

k - постоянная Больцмана;

q - заряд электрона;

коэффициенты усиления по току в схеме с общей базой для транзистора 19 относительно коллекторов 21 и 22;

jj- номинальные значения сопротивления резисторов 2 и 3 при температуре Т нижней границы тепловог о диапазона эксплуатации .

35

40

Произведение сопротивления R . которое обратно пропорционально n:io- щади поперечного сечения коллекторно- го слоя 25 (фиг. 2), на значение-теплового начального тока Igo коллектора транзистора 14, которое прямо пропорционально инжектирующей площадти его эмиттера, при температуре Т-, ос- тается нечувствительным к технологическим дестабилизирующим факторам типа отклонения глубины загонки h и, кроме того, при использовании р-п-р- транзистора с боковой инжекдией в ка честве опорного элемента базовой областью служит эпитаксиальная пленка с равномерным легированием и концентрацией примеси в базе Ng, которая мо

лож1ггельный пс знаку тепловой дрейф суммарного 1 апряжекия Е. Совокупным выбором величин , и Ь, можно создать кри;5оли ейну о 1 омпе 5сацию теплового дрейфа в жcлaeмo температурном диапазоне Т 5 . . . ,. Т

о 5 - ЧЙ КС

Последовательное эключение с.педя- iiiei o i CTO4HiiKa 7 ер :сзад1-:симого тока и следящего --1 -:в ертирующего разветви- теля тока позволяет реализовать

изводимых -.июгоколлекторньк -уранзис- торах 1 .э и 19, соответствук;;цие значения коэффидиентов усиления реализуются в пределах С , i , . , , .,С: ,9 , Знак при с,- созда, дифферс нцг альной

40

ВИЯМ согласова1и-;я i-ix рабочих режимов по напряжениям, имея в виду что схв ма представляе г собой ьмэковольный аналог опорного 1Иодл , реа;:изуется, когда транзисторы l и 15 выполняются в виде р- -р-с руктур, а осталь- ные транзт1с:тор -1 - в виле п-р-п-струк- тур.

513

р-п-р--транзистора с боковой И жак;ди- ей, имеющего удлиненньш и разделенньи- на рез1исторные части коллектор (фиг, 2) Удается при питании его от усилителя 5 по цепи эмиттера снизить чувств л- тельность теплового г;рейфа ясточиика эталонного напряжения к прокэводсл - венным и технологичес:кнм П эстабили; н рующим факторам,вследствие чег о HO;J- можна компенсация одномерной турной нестабильности резистора R с учетом несбалансирсзваннссти теплового дрейфа, осуществляемой соЕ-окул ностью отличительных признаков ;-:с-- точнкков 7 и 6 и видом пО Дклю-:ен1 Я их выводов меж;: у собой и к ос гал :.н;.|:ч элемб -нтам схемы (фиг, 1). При :; ::i. N-, структурное .построение последней с учетом конструкции (фиг. i: i создг ет возможность достижения ра;:лнчной тп ности компенсации теплового /грейоа

9Е

личных границ Т ;,. ного диапазона 5 что ре, ветствующим выбором пптимг; Ь(,:ЛХ : метров й(о S Ь- ,, А, Я.р/К;,з .

Формула к i с б р i i а я

Источник этало::ного каиря; : ни : содержа1Ц1-{й опорный транзшггор ; ном включении S первь)й -А ;--опой р- торы, первый транзис:тор с oo/.erivj ными коллекторе - j ;:азой, вю- ои-м последовательно иеж;:;у Bbixo, ;; щим выводами, термох-атчяк L :;;rie : тивного двухплечево о мое га, екл, ного между вЬкодныг-; :и обш ;м ми, первое плечо зсоторогс сошч. И второго усилительмох о ; пя is niT ог, третьего нагрузочно;о ре истора, второе плечо - из греи усилк ного транзистора ;:етБер-гого и;; зочного резистора,. |;}1иче1ч SMWIT.; транзисторов по1;1..ен1м к о; ..;;м

8810

.воду через гокоот зо;и:, - к выводам nepEOJ o резистора, ;: кол- .лекторы - к выходному выводу ерез .третий и четверть ре.зисторы ;: к со- JJ :отБетствующ-й - вхопам cnepauHOi-fHoro усилителя, кыхоп, : сторого сое.минен с :-.ыходом источника:, о т .ч и ч -i ю - ;i и и с fi , что, с: целью -.мень- пения текпературн:1-о дрейфа В лхсдно- О гг напряжения J в i-ero внедены следл- 1дий HCTO4iiHi : терм; зависимого ока ibincJiiieHHbiS на оп;.р;-ом ранз угорь; и четвертом ;у;НО гокс1.лек ; орном 1 ;анзис- лге, и с:1е/1, |-;крертирую1циЧ раз- J5 neTBfiTejib roi. а, зьптс лис нный Hi пятом транзисторе з пио;;1- С)М включении и aecTiM-.i мяог;: Ко.лае.тс:рном траи :Исто- пе. :))ичем транзистор выпол- 4f:i 3 яиде cTpyKTyrib с б|Эковой инжек- .и(:й и протяженным коллектором,, со- ; / .:С стзуюигие iiac ii KijT vporo являь т- fi ie)BhiM и ртгрь Г а ре зигторауи,, первый и четв€;|5ты1- анзис горы Еь1п ;лне- в виде с Груь гур с боковой чнжскаи-- ,;;, i, база четве;: 7о : о тракзистх ра сое- ч-З ена ; базой и xoji.-iaKi opO; ; опорно- i ран чис: :ора. змиттор котсГ ОГ о ;:ое:;iUieH с Зс|ХОЛНЫМ ЗЫЗОДОМ и ON H r TejJOM

U/ .|;.;;;7 О о гтшнзи стора,, иерьь:й KOJr- j. iOK j o KO opoi f) г :;т;.1 |;лючен к гошему ш.лзолу, а зтгфой оллек -ор - к йазе ;-i ко.члекто эу ( Го транзист с ра и к ГС че шес1о:-г5 трак ; нстора пер;зь Й коЛ - .йК ;Ор ко r(j;jc:r(:: С ОС, i ;:H;, н, с; к(члек О-- -sj. ,;i :opHoro Ti).:U;. эистора, а второй }, третий ко;и;е}Г с эы - с соо ч етстпу- :-11;;им-5 .и и, :;:итично ра:,.:1еленных на части ,i;-4; и ч е и т ;.ч г; резисторов, змиттеры и гее того

,,-1 тряизИСТОрГ Сое,Г1,Ч мЧ1;:1 с К0;3 ёКГОрО .;

;. ог13(.)й nepncH ij 1 р.анзис гора ; с сб- ;.;;м 1г})1впдо-ч, этом лlopи.:г, первый к ..четвертый; граи; .и;;торь: но т, ну про-vo.aKMOCTH ЯК.. ЧрО ГИьЗНСЗ .ОЖИЫ: И

;iT и;.; iiT;.O iie K;x к JOT ;р: гяисто

Фиг. г

Редактор 0. Головач

Составитель В, Есин Техред М.Ходанич

Заказ 3488/50 Тираж 863Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор Л.Патай

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в радиоэлектронике, электротехнике и приборостроении. Цель изобретения - уменьшение температурного дрейфа выходного напряжения. Схемотехническое и конструктивное построение I микросхемы источника обеспечивает компенсацию нелинейной температурной составляющей эталонного напряжения до величин второго порядка малости, что позволяет снизить влияние температурных нестабильностей и технологических разбросов элементов интегральной cxeNtbi и уменьшить величину теплового дрейфа эталонного напряжения в широком .диапазоне температур. Источ- нид.,построен ла принципе равенства вькодного напряжения, ширине запрещенной зоны кремния, выраженной в вольтах . Источник содержит опорный р-п-р-транзистор 1 с боковой инжек- цией, KOTopbrii вместе с резисторами 2 и 3 определяет величину компенсирующего напряжения, термодатчик 4, операционный уси.литель 5, следягдь:й источник термозависимого тока 6 и следящий инвертирующий разветвитель тока 7 . 2 ил. 23 И