Генератор тока Советский патент 1987 года по МПК H03K17/422 H03K17/14 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в радиотехнических устройствах -различного назначения, а также в электроизмерительной технике.

Цель изобретения - увеличение температурной стабильности амплитуды выходного тока.

На чертеже изображен предлагаемый генератор тока.

Устройство содержит первый транзистор 1, эмиттер которого через первый токозадающий резистор 2 соединен с положительной шиной 3 двух- полярного источника питания, первый операционный усилитель А, выход которого соединен с базой первого транзистора 1, инвертирующий вход первого операционного усилителя 4 через третий резистор 5 соединен с эмиттером первого транзистора 1 и через четвертый резистор 6 соединен с управляющим входом 7, неинвертирующий вход первого операционного усилителя А через первый резистор 8 соединен с положительной шиной 3 двухполярного источника питания и через пятый резистор 9 соединен с общей шиной 10, второй транзистор 11, эмиттер кото- рого через второй токозадающий резистор 12 соединен с отрицательной шиной 13 двухполярного источника питания, второй операционный усилитель 14, выход которого соединен с базой второго транзистора 11, инвертирующий вход второго операционного усилителя l4 через шестой резистор 15 соединен с эмиттером второго транзистора 11 и через седьмой резистор 16 соеди- нен с общей шиной 10, неинвертирующий вход второго операционного усилителя 14 через второй резистор 17 соединен с отрицательной шиной 13 двухполярного источника питания и через восьмой резистор 18 соединен с управляющим входом 7, третий транзистор 19 база которого соединена с первым ключевым входом 20 и через первый резистор смещения 21 соединена с отрица- тельной шиной 22 источника смещения, четвертый транзистор 23, база которого соединена с вторым ключевым входом 24 и через второй резистор смещения 25 - с отрицательной шиной 22 источника смещения, эмиттеры третьего 19 и четвертого 23 транзисторов соединены между собой и с коллектором второго транзистора 11, коллектор

третьего транзистора 19 соединен с общей шиной 10, коллектор четвертого транзистора 23 соединен с коллектором .первого транзистора 1 и с нагрузкой 26, второй вывод которой соединен с общей шиной 10.

Генератор тока работает следую1цим образом.

Цепь, содержащая первый операционный усилитель 4, первый токозадающий резистор 2, третий 5, четвертый 6, первый 8 и пятьБ 9 резисторы, осуществляет стабилизацию эмиттерного тока первого транзистора 1, причем величина этого тока зависит от напряжения на управляющем входе 7.

Практически на температурную н е- стабильность выходного тока генератора тока влияет температурный дрейф параметров операционного усилителя, причем температурный дрейф напряжения база-эмиттер первого транзистора 1, уменьшенный в коэффициент усиления раз операционного усилителя без обратной связи, может рассматриваться как дополнительная составляющая дрейфа напряжения смещения.

Используя основные свойства операционного усилителя, получаем зависимость коллекторного тока первого транзистора 1 I

К|

от

управляющем входе 7 U,

напряжения на i(. и положительной шине 3 двухполярного источника питания

Up без учета дрейфа парамет- ,

ров операционного усилителя Ri()h.

IM

R

i -3 ii- vi тг

.R (R,+R,)(h,,,,,T с

.-. ь .,оу

/

(h

гоу ki

) (1)

RI - R, 11 9V1

где R, - величина резистора 5; величина резистора 6; величина резистора 8; величина резистора 9; величина первого токозадаю- щего резистора 2; статический коэффициент передачи тока первого транзистора 1 в схеме с общим эмиттером.

Рассматриваем один из вариантов соотношения резисторов, обеспечивающих независимость коллекторного тока первого транзистора 1 и, как следствие, выходного тока генератора тока от напряжения на положительной шине 3 двухполярного источника питания и„ .

R,R,R,;

R,R,+R,.

Величина ко/игекторного тока первого транзистора 1 (,, для данного варианта соотношения резисторов и с учетом температурного дрейфа парамет- ров операционного усилителя определяется из следующей формулы

(U,, ( J. R(

dUv

) uT±

bil

6ц

uT

uT)

ЛТ dT k () R,R5(h,,,v, 1

(U,t2(

uU.

dUv

uT

-) ЛТ 1

.

л ui

йТ

ЛТ)

dT-k (R j+RsJh 2 э .

+ 1T

ли,

где -Величина коллекторного тока вто го транзистора 11 Т.,, для данного

ЛТ

- температурный дрейф напря- 25 рианта соотношения резисторов и с

Дй

вк

ДТ

жения смещения операционного усилителя;

температурный дрейф разности входных токов операционного усилителя; К - коэффициент усиления операционного усилителя без обратной связи.

Линейная цепь, содержащая второй операционный усилитель 14, второй токозадающий резистор 12, резисторы 15-18, осуществляет стабилизацию эмиттерного тока второго транзистора 11, причем величина этого тока зависит от напряжения на управляющем входе 7.

Аналогично получаем следующую зависимость коллекторного тока второго транзистора 11 1,, от напряжений на управляющем входе 7 и отрицательной шине 13 двухполярного источника питания Up без учета температурного дрейфа параметров операционного усилителя

30

учетом температурного дрейфа парам ров операционного усилителя опреде ется из следующей формулы

I (и +2( - W

J-K7 rj-,

iul

64

uT

TR)

dT-k (RU+RIO )h 7Ova.

R,

lOva

-t-1)

35

40

Формулы (1) и (3) были получены при условии, что к управляющему вх ду 7 подключен источник напряжения управления, выходное сопротивление которого пренебрежительно мало по сравнению с величиной сопротивлени резисторов 6 и 18.

Если потенциал на первом ключев входе 20 и больше потенциала на втором ключевом входе 24 U, то 45 третий транзистор 19 открыт, а чет вертый транзистор 23 закрыт. В это случае через нагрузку 26 протекает коллекторньй ток первого транзисто ра 1

т

50

(5)

1)

, h n Э vi n n CL

R,o(h

к ve

+1)

(3)

где R - величина резистора величина резистора величина величина

R-r - Rg R R,, - величина

15; 16;

резистора 17; резистора 18; второго токоэадаю- щего резистора 12;

2. - статический коэффициент передачи тока второго транзистора 11 в схеме с общим эмиттером.

Рассматриваем один из вариантов соотношения резисторов, обеспечивающих независимость коллекторного тока второго транзистора 11 и, как следствие, выходного тока генератора тока от напряжения на отрицательной шине 13 двухполярного источника питания

n-20

(2)

,o

Величина коллекторного тока второго транзистора 11 Т.,, для данного ва0

учетом температурного дрейфа параметров операционного усилителя определяется из следующей формулы

I (и +2( - W

J-K7 rj-,

iul

64

uT

TR)

dT-k (RU+RIO )h 7Ova.

(4)

R,

lOva

-t-1)

Формулы (1) и (3) были получены при условии, что к управляющему входу 7 подключен источник напряжения управления, выходное сопротивление которого пренебрежительно мало по сравнению с величиной сопротивления резисторов 6 и 18.

Если потенциал на первом ключевом входе 20 и больше потенциала на втором ключевом входе 24 U, то третий транзистор 19 открыт, а четвертый транзистор 23 закрыт. В этом случае через нагрузку 26 протекает коллекторньй ток первого транзистора 1

т

ц

(5)

где 1ц - выходной ток при и, U.

Если потенциал на первом ключевом входе 20 и, меньше потенциала на

втором ключевом входе 24 U , то третий транзистор 19 закрыт, а четвертый транзистор 23 открыт. В нагрузке 26 происходит вычитание из коллекторного тока первого транзистора 1 коллекторного тока четвертого транзистора 23

К( KZ

71 V4

(h

-2.1 VV

+ 1)

(6)

где h

2iV4

-ВЫХОДНОЙ ТОК при Uj, «1 Uj, ;

-статический коэффициент передачи тока четвертого транзистора 23 в схеме с общим эмиттером.

Получаем, что .

Если параметры схемы изобретения удовлетворяют следующему выражению

(R,+R,o)(h

+ 1)h

2 у-1

: (R.+RJh

(h,, -H)(h,

+ 1)

TO

IH -IH

ка питания, третий транзистор, база которого соединена с первым ключевым входом и через первьп1 резистор смещения с отрицательной шиной источника смещения, четвертый транзистор, база которого соединена с вторым ключевым входом и через второй резистор смещения с отрицательной шиной источника

Q смещения, эмиттеры третьего и четвертого транзисторов соединены между собой и подключены к коллектору второго транзистора, коллектор третьего транзистора соединен с общей шиной, кол15 лектор четвертого транзистора соединен с коллектором первого транзистора и с первым выводом нагрузки, вто- 2, рой вывод которой соединен с общей шиной, первый и второй резисторы,

2Q первьй вывод первого резистора соединен с положительной шиной двухполяр- ного источника питания, а первый вывод второго резистора соединен с отрицательной шиной двухполярного

Таким образом, при изменении полярности напряжения между первым 20 и вторым 24 ключевыми входами происходит реверс тока в нагрузке 26. При- 25 источника питания, отличаючем изменение полярности напряжения должно происходить скачкообразно.

Из формул (5) и (6) находим максимальный модуль температурного градиента относительной величины выходного тока

l,

4(

ли

ЛТ

UU dT-K

)+2

М

вк

йТ

R,

dT-I,

и

(7)

Расчет показывает, что при данных параметрах температурная стабильность выходного тока у предлагаемого генератора тока почти в 50 раз выше, чем у прототипа.

Формула изобретения

Генератор тока, содержащий первый транзистор, эмиттер которого через первый токозадающий резистор соединен с положительной шиной двухполярного источника питания, второй транзистор, эмиттер которого через второй токозадающий резистор соединен с отрицательной шиной двухполярного источниВШПШИ Заказ 4144/55 Тираж 901 Подписное Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

0

0

5

0

щ И и С я тем, что, с целью увеличения температурной стабильности амплитуды выходного тока, в него введены первый и второй операционные усилители, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой резисторы, выход первого операционного усилителя соединен с базой первого транзистора, инвертирующий вход первого операционного усилителя через третий резистор соединен с эмиттером первого транзистора и через четвертый резистор соединен с управляющим входом, неинвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с вторым выводом первого резистора и через пятый резистор соединен с общей шиной, выход второго операционного усилителя соединен с базой второго транзистора, инвертирующий вход второго операционного усилителя через шестой резистор соединен с эмиттером второго транзистора и через седьмой резистор соединен с общей шиной, неинвертирующий вход второго операционного усилителя вторым выводом второго резистора и через восьмой резистор соединен с управляющим входом.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в радиотехнических устройствах различного назначения, а также в электроизмерительной технике. Целью изобретения является увеличение температурной стабильности амплитуды .выходного тока. Для достижения этой цели в генератор тока дополнительно введены два операционных усилителя 4 и 14 и резисторы 5, 6, 9 и 15. Кроме того, генератор содержит транзисторы 1, 11, 19 и 23, токостабилизирующие резисторы 2 и 12, положительную шину 3, управляю ций вход 7, общую шину 10, ключевые входы 20 и 24, резисторы смещения 21 и 25, нагрузку 26. Предложенный генератор обеспечивает высокую стабильность выходного тока. 1 ил. с (Л