Стабилизатор напряжения постоянного тока Советский патент 1991 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике и может быть исиольчовано в приборах электронной техники в качестве источника опорных постоянных и термозависимых напряжений.

Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей стабилизатора.

На фиг.1-3 представлены принципиальные схемы предлагаемого стабилизатора.

Стабилизатор напряжения постоянного тока содержит три транзистора 1-3, первые два из которых образуют согласованную пару, три резистора 4-6 и дифференциальный усилитель 7, причем эмиттер первого транзистора

1 соединен с общей шиной, его коллектор и база соединены с базой второго транзистора 2 и через первый резистор 4 с шиной питания, с которой через второй резистор 5 соединен коллектор второго транзистора 2, эмиттер которого через третий резистор 6 соединен с общей шиной.

Стабилизатор напряжения постоянного тока содержит также дополнительный резистор 8, один вывод которого соединен с эмиттером третьего транзистора 3 и является дополнительным выходом термозависимого напряжения Ur, а другой вывод соединен с эмиттером второго транзистора 2, коллектор которого соединен с инвертирующим вхоОЭЬО

00

о

СП

00

дом дифференциального усилителя 7, неинвертнрующий вход которого соединен с базами первого и второго транзисторов 1 и 2, а выход является основным выходом (Uj).устройства и соединен с базой третьего транзистора 3, коллектор которого соединен с базой и коллектором четвертого 9 и базой пятого 10 транзисторов, образующих согласованную пару с проводимостью, противоположной проводимости транзисторов 1-3.

При этом эмиттеры транзисторов 9 и 10 соединены соответственно через пятый и шестой резисторы 11 и 12 с шиной питания источника 13 питания. Точка соединения коллекторов третьего транзистора 3 и коллектора четвертого транзистора 9 является дополнительным выходом опорного напряжения U2, стабилизированного относительно шины питания, а коллектор пятого транзистора 10 является выходом термозависимого тока.

Стабилизатор напряжения постоянного тока -работает следующим образом.

При включении питания дифференциальный усилитель 7 создает на базе транзистора 3 такое напряжение, при котором потенциал в средней точке резистивного делителя, к которой подключен эмиттер транзистора 2, становится таким, что напряжения на коллекторах этих транзисторов равны (с точностью до напряжения смещения дифференциального усилителя).

Это происходит в случае., когда падения напряжения на резисторах 4 и 5 при протекании через них коллекторных токов 14 и Т.Ј первого и второго транзисторов равны

I 4- R4- It R-г

или К R.f

1г

Для коллекторных токов транзисторов можно записать

ч i99:e . i 1.2,...

где ISsiv ток насыщения перехода

эмиттер - база 1-го транзистора;U, Б- - падение напряжения на

эмиттерном переходе i-ro

(О

транзистора;

КТ

- - температурный потенциал;

мт q

К - постоянная Больцмана;

1628053

Т - абсолютная температура; q - заряд электрона. Для согласованной пары транзисторов

5 %S Issa. т°гда I U

Ц б 3т

(2)

где U U.,Б, - 1Ьб2.

Очевидно, что U э равно падению напряжения на резисторе 6. Соответствующим выбором сопротивлений резисторов 4-6 можно получить ток эмиттера транзистора 3

э, 1а и U

2.

I

Э

(3)

Учитывая (1), (2) и (3), получим R5

..««

R-f . r

4V . R или I ---In -.

Таким образом, если выбрать величину резистора 5 достаточно большой (Rg.R6), транзистор 3 с достаточно большим коэффициентом усиления

( 1з 1э5-1тЬ то транзистор 3 можно рассматривать как генератор тока величиной 1Г А-Т,

/ К In R«r/R Г.Д6 (А q , I

Выбирая соответствующее значение резистора 8, можно добиться, чтобы напряжение U на выходе дифференциального усилителя 7 было стабильным.

Для этого необходимо, чтобы его величина была близка к численному значению ширины запрещенной зоны в кремнии. В известных стабилизаторах для генерации такого напряжения исполь-

зуется сложение напряжения эмиттер - база транзистора 3, имеющего при протекании через него постоянного тока отрицательный и практически постоянный температурный коэффициент

-2,39 мВ/°С, с напряжением, имеющим равный ему положительный температурный коэффициент. В описываемом случае через транзистор 3 протекает не постоянный, а прямо пропорциональный абсолютной температуре ток. Однако и в этом случае температурный коэффициент otf также практически постоянен. Покажем это. Физический смыслов; это производная

что температуре. Известно, что иэв т I

КТ

L5S

или,иэБ -- (Inl - lnI5S),

где I ток коллектора транзистора;

- ток насыщения,

ем производную

-dni - q

1Ш55)

КТ

т

dl

I dT

d(ln I55} dT

Запишем эту формулу для когда I. (T) const);

Ј-

(I

и

Эбо

1Ш«) КТ d lnlss q df

IT

Для случая, когда I

Ал

А, получим

ч dl const) и jU

К,

1п1еч) +

«T-| lnIrК А КТ djlniss} q A q dT

тогда

ы

0 T-«l- Ј(1п 1- + 1).

Примем, что при некоторой температуре Т0, например комнатной (Т 293°К), 1Т IQ. Тогда можно записать IT/JO т/то и в температурном диапазоне (-55°С - 125°С) отношение 1Т/1В меняется в пределах 0,744-1,35 а величина 1п1т/1о (-0,3-0,31).

Так как K/q 0,086 мВ/°С, то в случае коллекторного тока транзистора, прямо пропорционального абсолютной температуре, 0(т практически постояне и равен:

OtT 2,4710,02 (мВ/&С).

Таким образом, для того, чтобы на выходе дифференциального усилителя 7 получилось стабильное напряже- жение, равное сумме напряжений 11эБэ и падений напряжений на резисторах 6 и 8, необходимо, чтобы температурный коэффициент этого напряжения был равен 2,47 мВ/°С. Для этого суммарно падение напряжения на резисторах 6 и 8 должно быть равно: U-j- Т «2,47 (мВ) (например, для температуры 293°К это значение 724 мВ).

При этом напряжение Uj стабилизируется на уровне 1,22 В.

0

Аналогично такое же напряжение, но относительно другого выиода источника питания стабилизируется на коллекторе транзистора 3 и равно сумме напряжений база - эмиттер транзистора 9 (отрицательный температурный коэффициент) и падения напряжения на резисторе 11, вызванного протеканием того же пропорционального температуре тока 1Т (положительный температурный коэффициент). Величина резистора 11 должна быть равна сумме резисторов 6 и 8.

Коллектор транзистора 10 является источником тока, прямопропорцио- нального температуре, так как этот транзистор совместно с резистором 12 образует с транзистором 9 и резистором 10 схему токового зеркала.

Формула изобретения

1 . Стабилизатор напряжения по- 5 стоянного тока содержащий три транзистора, первые два из которых образуют согласованную пару, три резистора и дифференциальный усилитель, причем эмиттер первого транзистора соединен с общей шиной, его коллектор и база соединены с базой второго транзистора и через первый резистор - с шиной питания, с которой через второй резистор соединен коллектор второго транзистора, эмиттер которого через третий резистор соединен с общей шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения . функциональных возможностей, в него введен дополнительный резистор, один вывод которого соединен с эмиттером третьего транзистора и является выходом термозависимого напряжения, а другой вывод соединен с эмиттером иторого транзистора, коллектор которого соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с базами первого и второго транзисторов, а выход использован в качестве выхода основного напряжения и соединен с базой третьего транзистора, коллектор которого соединен с шиной питания.

2. Стабилизатор.по п.1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введен пятый резистор

0

5

5

0

5

Фиг.2

Изобретение относится к электротехнике и/может быть использовано в качестве источника опорных постоянных и термозависимых напряжений. Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей.Введение в схему из трех транзисторов, трех резисторов и дифференциального усилителя дополнительного резистора, включенного между эмиттерами двух транзисторов, позволяет получить не только основное, но и термозависнмое напряжение. Введение четвертого транзистора и пятого резистора позволяет получить в устройстве высокостабильное напряжение относительно общей шины, а введение пятого транзистора и шестого резистора получить дополнительно термозависимый ток. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. С 9 (Л