Двуполярный источник опорных напряжений Советский патент 1989 года по МПК G05F1/585 

3150

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках опорного напряжения АЦП, ЦАП и стабилизаторов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей источника путем обеспечения регулировки выходных напряжений от нулевого значения.

На чертеже представлена функциональная схема двуполярного источника опорных напряжений.

Источник содержит первый 1 и второй 2 операционньй усилители, выходы которых подключены к первому и второму выходным выводам, неинвертирующие входы усипите лей соединены с общей шиной, параллельно соединенные между собой стабилитрон 3 и делитель напря- жения на резисторах 4 и 5, выход ко- торого соединен с инвертирующим входом усилителя 1, первый 6, второй 7 и третий 8 резисторы, токозадающий резистор 9. Точкой 10 отмечено место, куда может быть подключен источник питающего напряхсения отрицательной полярности.

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим два этапа работы устройства. На первом этапе устройство работает при отсутствии операционного усилителя 2 и резисторов 6 и 7, заменив выходное напряжение опера- ционного усилителя 2 напряжением отрицательного источника питания UJ. При подаче питающих напряжений на устройстве через стабилитрон 9 проте кает ток по цепи: источник питания и - резистор 8 - стабилитрон 3 - резистор 9 - источник питания U j - корпус . Потенциал неинвертирующего вход операционного усилителя 1 за счет действия отрицательной обратной свя- зи близок к нулю. Следовательно, выходное напряжение операционного усилителя 1 равно падению напряжения на резисторе 4, величина которого U р

п

и

&ЫХ

и,

R.

,

вмх - R;+R UCT,

где и ст напряжение на стабилитроне Определим степень влияния изменений питающих напряжений U и U на величину выходного напряжения. Предположим, что напряжение U возросло на величину ли. Если бы выход операционного усилителя 4 не был соединен

с катодом стабилитрона 3 и выводом резистора В, то на резисторе 9 появилось бы приращение напряжения 3Ujj i которое по величине определяется формулой

«,„ -0Г, )

Так как выход операционного усилителя 1 соединен с катодом стабилитрона 3 и с выводом резистора 8, то это напряжение, воздействуя на инверсный вход, уменьшает выходное напряжение, что приводит к уменьшению тока через стабилитрон 3, и приращение тока через резистор 8 разветвляется по двум цепям, большая величина приращения тока через резистор 8 втекает в выходную цепь операционного усилителя и приращение напряжения на резисторе 9, а следовательно, и приращение напряжения на выходе устройства уменьшается до малой величины. Величина приращения напряжения на резисторе 9 - Up определяется Лормулой

R5

1

«9 п- к7--т Г 2)

где k - коэффициент усиления операционного усилителя 1 без обратной связи.

Формула (2) выводится из расчета эквивалентной схемы для изменения, положительного питающего напряжения Ц(. Используя 2-1 закон Кирхгофа, запишем

(4UR - )(+k) 41%, (3)

0

где Л - приращение тока через резистор 9, формируемое операционным усилителем 1.

Разрешая (3) относительно , получаем

Так как .

4U 4UR - , (5)

Э

ТО, подставляя (4) в (5), получаем

Ut-;: ;;- .

(4)

JU 1

йд

«.: -Т;Г ; R,-bR,

;гТаким образом, изменение питающего напряжения 1} на величину Л U приводит к изменению напряжения на резисторе 9 на величину ДИдд определяемую по формуле (2). Как следует из эквивалентной схемы

UBMX где ли

,с - %150 (6)

приращение напряжения на стабилитроне, обусловленное изменением тока через него при изменении питающего напряжения U. Приращение напряжения определяется величиной динамического сопротивления Та стабилитрона и равна на основании закона Ома величине

ст4i;.-r

ст

(7)

где Гр - динамическое сопротивлени

стабилитрона.

Приращение тока через стабилитро определяется формулой

. йУ|5 ,п

л:

1

ст

R.

Ra+R7 и J

(8)

R

т. )

R +R T+k

о J

(9)

T+k

Подставляя (2) и (7) в (6) с учетом (8), получаем

JU 4U;()()

К4Г5

Формула (9) дает зависимость выходного напряжения от изменений пи- тагацего напряжения U. Расчеты по- формуле (9) для операционного усили теля 1404Д6, стабилитрона КС 191Ф, R4-Rj кОм и при изменении питающего напряжения U „ на 2 В дают изменение выходного напряжения устройства на операционном усилителе 1, равное 0,05.

При изменении питающего напряжения и (допустим напряжение по абсолютному значению увеличивается) на величину 4Un вькодное напряжение в первый момент уменьшается на величиR.

ну .. Это напряжение, воз- Kg+Rj

.действуя на инверсньй вход усилителя 1, повышает напряжение на выходе, ток с выхода операционного усилителя протекает через стабилитрон 3 и резистор 9, создает на последнем компенсирующее напряжение и, когда разность между приращением напряжения на резисторе 9, создаваемая операционным усилителем, и приращением U становится близкой к нулю, увеличение тока через стабилитрон прекращается. Таким образом, стабилизация выходного напряжения в этом случае осуществляется за счет.увеличения тока с выхода операционного усилителя че5010

10

15

20

25

30

35

40

45

156

рез стабилитрон 3 и резистор 9. Поэтому выходное напряжение сильно изменяется при изменении напряжения U Используя эквивалентную схему и применяя изложенную методику расчета, получаем формулу (10), связывающую зависимость выходного напряжения от изменений питающего напряжения Un

Rj1

+R 1+k

Rj

Rg+Rjj +kIJI Rf.

UBKX 1 Л1Г„

M

l Rf

R

R,+R5

(10)

- / k

Расчет no формуле (10 дпя случая,

когда ли -2 В, дает изменение выходного напряжения 18 mV.

Как видно из приведенных расчетов, изменение питающего напряжения U практически не изменяет выходное напряжение, изменение же питающего напряжения L n сильно влияет на величину выходного напряжения. Для стабилизации питающего напряжения U применен операционный усилитель 2, представляющий собой усилитель с инверсным входом. В качестве входного напряжения использовано выходное напряжение операционного усилителя 1. Коэффициент усиления операционного усилителя 2 должен удовлетворять условию

1UcT.. IcrRs/ii

k 1 1 + -Гт-- -. CD

и BfcixUBKX

где k - коэффициент усиления операционного усилителя 2.

Для определения влияния температуры на величину выходного напряжения устройства выведем зависимость 4Ugtj f(4T).

При изменении температуры окружающей среды на JT изменяется выходное напряжение U g операционного усилителя 2, которое состоит из следующих составляющих.

- За счет изменения напряжения на стабилитроне -ли дых з ст

0

5

4U.

о/4Т kt.

(12)

где температурный коэффициент напряжения стабилитрона.

-За счет изменения напряжения смещения нуля операционного усилителя 2 -JU еях г CW

,(13)

-.dUcM

где д- дрейф смещения нуля:--.

аТ

-За счет изменения коэффициента усиления операционного усилителя 2

/)U,

Biix 1 к

и

tklx.

k7

кТ

1501015

8

Ri+Ry+i

,(14) ко температурной стабильностью схлби- литрона.

где с(, - изменение коэффициента усиления 2 без обратной .связи;

k 2 коэффициент усиления усилителя 2 без обратной связи.

Так как изменение выходного напряжения операционного усилителя 2 приводит к изменению выходного напряжения устройства, величина которого определяется формулой (10), то, следовательно, с учетом (12), (J3), (14) получаем

flUg,,,,(of;+/5) +

.Т-Г-.5Ji

R 1 R-+iR- T+k

-r

Rg+R

10

15

20

ормула изобретения

Двуполярньй источник опорных напряжений, содержащий первый и второй операционные усилители, выходы которых подключены соответственно к первому и второму выходным выводам, а неинвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с общей шиной, стабилитрон, делитель напряжения, входом подключенный параллельно стабилитрону, а выходом - к инвер- тирукицему входу первого операционно- .го усилителя, причем стабилитрон одним выводом соединен с выходом первого операционного усилителя, токоза- дающий резистор, включенный между другим выводом стабилитрона и вьпсодом второго операционного усилителя, первый резистор, включенный между выходом первого операционного усилителя и инвертирующим входом второго операционного усилителя, и второй резистор, включенный меяиу инвертирующим входом второго операционного усилителя и его выходом, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения регулировки выходных напряжений от нулевого значения, неинвертирующий вход второго операционного усилителя соединен с общей шиной, а выход первого операционного усилителя через введенный третий резистор подключен к входному выводу.

(15)

Подставляя в (15) данные для операционного усилителя 2 типа 1404Д6, стабилитрона КС191Ф - Rg g Rj 1 кОм, R fc RT, получаем дпя Т dU вих 1 mV.

Таким образом, видно, что если в прототипе при изменении температуры окружающей среды на 50 С за счет изменения тока выходное напряжение меняется на 25-30 mV, то в описываемом устройстве за счет изменения тока через стабилитрон напряжение меняется всего на 1 raV. В данном устройстве температурная нестабильность напряжения определяется практически толь8

ормула изобретения

Двуполярньй источник опорных напряжений, содержащий первый и второй операционные усилители, выходы которых подключены соответственно к первому и второму выходным выводам, а неинвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с общей шиной, стабилитрон, делитель напряжения, входом подключенный параллельно стабилитрону, а выходом - к инвер- тирукицему входу первого операционно- .го усилителя, причем стабилитрон одним выводом соединен с выходом первого операционного усилителя, токоза- дающий резистор, включенный между другим выводом стабилитрона и вьпсодом второго операционного усилителя, первый резистор, включенный между выходом первого операционного усилителя и инвертирующим входом второго операционного усилителя, и второй резистор, включенный меяиу инвертирующим входом второго операционного усилителя и его выходом, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения регулировки выходных напряжений от нулевого значения, неинвертирующий вход второго операционного усилителя соединен с общей шиной, а выход первого операционного усилителя через введенный третий резистор подключен к входному выводу.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках опорного напряжения различных устройств. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения регулировки выходных напряжений от нулевого значения. Двуполярный источник содержит два операционных усилителя 1, 2, параллельно соединенных между собой, стабилитрон 3 и делитель напряжения на резисторах 4, 5, выход которого подключен к инвертирующему входу усилителя 1, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, резисторы 6-9. Введение резистора 8 между выходом усилителя 1 и входным выводом и подключение неинвертирующего входа этого усилителя к общей шине позволяет расширить пределы регулировки выходных напряжений при их высокой стабильности. 1 ил.