Стабилизатор напряжения постоянного тока Советский патент 1992 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электроте ни- ке и может быть применено в приборах элек- тронной техники в качестве источника опорных постоянных и термозависимых напряжений.

Стабилизатор напряжения (СН) может быть выполнен водном полупроводниковом кристалле по стандартной технологии VIMC на биполярных транзисторах.

. Известен стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий согласованную пару транзисторов, шесть резисторов и операционный усилитель 1.

Недостатки этогоСтабилизатора - стабильное напряжение вырабатывается тольг ко относительно одного вывода источника питания, недостаточная стабильность этого напряжения, а также необходимость применения операционного усилителя для функционирования схемы.

Наиболее близким к предлагаемому является стабилизатор напряжения постоянСО

с

ного тока, содержащий три однотипных транзистора, первые два из которых образуют согласованною пару, три резистора, причем эмиттер первого транзистора соединен с первым выводом первого резистора, его база соединена с базой второго транзистора, эмиттер каждого через третий резистор соединен с эмиттером первого транзистора, а коллектор второго транзистора соединен с первым выводом второго резистора, при этом второй его вывод соединен с вторым выводом первого резистора. В состав устройства в качестве принципиально необходимого элемента входит дифференциальный усилитель 2.

Однако для известного стабилизатора характерные недостаточная точность стабилизации выходного напряжения, невозможность одновременного получения опорных напряжений относительно обеих шин питания без применения дополнительных элементов, а также то, что для его функциоСО

Јь

нирования необходим операционный усилитель или дифференциальный усилитель с достаточно большим коэффициентом усиления, что повышает мощность, потребляемую схемой, и минимальное питающее напряжение, сужает область применения стабилизатора.

Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей.

Указанная цель достигается тем, что в СН, содержащий три транзистора, первые два из которых образуют согласованную пару, три резистора, причем эмиттер первого транзистора соединен с первым выводом для подключения источника питания, его коллектор соединен с первым выводом первого резистора, его база соединена с базой второго транзистора, эмиттер которого через третий резистор соединен с эмиттером первого транзистора, а коллектор второго транзистора соединен с первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом первого резистора, введены четвертый транзистор с ти- пом проводимости, противоположным типу проводимости первых трех транзисторов, четвертый и пятый резисторы, а третий транзистор согласован с первыми двумя, при этом коллектор и база второго транзи- стора соединены между собой, база третьего транзистора соединена с коллектором первого транзистора, эмиттер третьего транзистора соединен с эмиттером первого транзистора, коллектор третьего транзисто- ра соединен с первым выводом четвертого резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом для подключения источника питания, с которым через пятый резистор соединен эмиттер четвертого транзистора, коллектор которого соединен с общей точкой первого и второго резисторов, использованный в качестве первого выходного вывода, а его база соединена с первым выводом пятого резистора, исполь- зованным в качестве второго выходного вывода.

СН может содержать дополнительно пятый транзистор одного типа проводимо- сти с четвертым транзистором и шестой резистор, включенный между коллектором третьего транзистора и вторым выходным выводом, к которому подсоединен эмиттер пятого транзистора, база которого подклю- чена к точке соединения коллектора третьего транзистора с шестым резистором, а коллектор пятого транзистора соединен с первым выводом для подключения источника питания.

Величина термозависимого, напряжения на эмиттерном резисторе одного из транзисторов согласованной пары определяется не выходным током, а током эмиттер-коллектор этого транзистора. Тем самым снимается ограничение на величину этого тока и повышается точность стабилизации выходного напряжения. Кроме этого, в предлагаемом стабилизаторе имеется выход стабилизированного напряжения относительно обеих шин питания.

СН работает без применения операционного или дифференциального усилителя, а его роль в выравнивании напряжений, на коллекторных резисторах транзисторов согласованной пары выполняет транзистор. Это уменьшает потребляемый схемой ток, понижает величину необходимого напряжения питания. Таким образом расширяются функциональные возможности схемы. Прак-. тически без усложнения, за счет соответствующего дополнительного транзцстора и резистора, повышается погрузочная способность схемы, что дополнительно расширяет функциональные возможности.

Нафиг.1 и 2 изображены схемы вариантов предлагаемого стабилизатора. .

Стабилизатор (фиг.1) содержит транзисторы 1-3,- согласованные между собой, транзистор 4 противоположного первым трем типа проводимости и резисторы 5-9, причем эмиттер транзистора 1 соединен с первым выводом источника 10.питания, его коллектор соединен с первым выводом резистора 5, его база соединена с базой и коллектором транзистора 2, эмиттер которого через резистор 7 соединен с эмиттером транзистора 4, а коллектор транзистора 2 - с первым выводом резистора 6, при этом второй его вывод соединен с вторым выводом резистора 5, база транзистора 3 соединена с коллектором транзистора 1 эмиттер транзистора 3 соединен с эмиттером транзистора 1, коллектор транзистора 3-е первым выводом резистора 8, второй вывод которого соединен с вторым выводом источника питания, с которым резистор 9 соединен эмиттер транзистора 4, коллектор которого соединен с общей точкой резисторов 5 и 6, являющейся первым выходом устройства, а его база соединена с первым выводом резистора 8, являющимся вторым выходом устройства.

Стабилизатор (фиг.2)/ содержит дополнительно транзистор 12 одного типа проводимости с транзистором 4 и резистор 11, включенный между коллектором транзистора 3 и вторым выходом устройства, к которому подсоединен эмиттер транзистора 12, при этом его база подключена к точке соединения коллектора транзистора 3 -и резистора 11, а коллектор транзистора 12 соединен с первым выводом источника питания..

Стабилизатор работает следующим образом.

При включении питания в схеме устанавливается некоторое распределение потенциалов. Докажем, что при этом потенциалы на коллекторах транзисторов 1 и 2 практически равны. Напряжение на кол- лекторах транзисторов 2 и 1 (относительно первого вывода источника питания) определяются напряжением эмиттер-база .транзисторов 1 и 3 соответственно:

и2 рг1птЬ-; Ui

Iss1Iss3

где Ui, U2 - напряжение на коллекторах транзисторов 1 и 2 соответственно;

И, коллектора транзисторов 1 и 3 соответственно;

Issi, Iss3 - ток насыщения эмиттерного перехода транзисторов 1 и 3 соответственно;

-%

температурный потенциал;

k - постоянная Больцмана;

Т - абсолютная температура;

q - заряд электрона.

Тогда разность напряжений на коллекторах транзисторов 1 и 2 A U или равная ей разность падений напряжения Us и Ue на резисторах 5 и 6 равна

)

Учитывая, что Usi изз(так как транзисторы 1 и 3 согласованы), то при Д U « 0.

Так как в установившемся режиме напряжение на резисторе 8 () постоянно, а на резисторе 5 практически не зависит от напряжения питания ( т-Убэз) и изменяется только с температурой, причем это изменение в рабочем диапазоне температур не превышает ±(10-20)%. тогда при определенном соотношении резисторов 5 и 8 величина Д1) находится в пределах ±(2-5)мВ..,

Итак Ли 0. можно записать

.(1)

Очевидно

ехр(ибэ1/ рт j;

ехр(Кбэ2/ УТ ),

где Rs, RG - сопротивление резисторов 5 и 6 соответственно;

11эБ1, 1)эб2 - напряжение база-эмиттер транзисторов 1 и 2 соответственно.

Учитывая -I2R, где RJ- сопротивление резистора 7,

после несложных преобразований получают

i fr , Re . l2 RTlnr M 2

. Re 11-Ri

(1)

2 И ll T.

Очевидно, что суммарный ток I, протекающий в цепи эмиттер-коллектор транзистора 4-резистор 9, также пропорционален температуре.

В известном СН температурный коэффициент напряжения эмиттер-база транзистора, ток коллектора которого пропорционален температуре, постоянен в широком диапазоне и для генерации термостабильного выходного напряжения можно сложить напряжение эмиттер-база, имеющее отрицательный температурный коэффициент, с падением напряжения, вызванным протеканием по соответствующему резистору этого пропорционального температуре тока. В предлагаемом СН суммируется напряжение эмиттер-база транзистора Т с падением напряжения на резисторе.6 (стабильное напряжение Deri относительно первого вывода источника питания) и напряжение эмиттер-база транзистора 4 с напряжением на резисторе 9 (стабильное напряжение Ucr2 относительно второго вывода источника питания). При этом для того, чтобы эти напряжения были стабильны, необходимо, чтобы их величина составляла около 1,22 В.

СН, показанный на фиг.2, работает аналогично, но нагрузочная способность его значительно выше. Это обусловлено следующим. До тех пор,пока тек второго выхода (Ucr2) меньше, падение напряжения на резисторе 11 мало и транзистор 12 практически закрыт, схема функционирует абсолютно аналогично описанной. При увеличении выходного тока возрастает ток через резистор

11.Это приводит к открываниютранзистора

12.Таким образом, приращение выходного тока, в основном, обеспечивается транзистором 12. Ток коллектора транзистора 3 меняется очень мало, напряжение база- эмиттер его остается также практически неизменным и .

СН был промакетирован с использованием следующих элементов: 1-3 - микросхема 198НТ1, 4 и 10-микросхема 198НТ5. Номиналы резисторов 5-9 соответственно 1, 3, 0,15, 1 и 0,75 кОм, резистора 11 - 1,1- кОм..

Формула изобретения 1. Стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий три однотипных транзистора, первые два из которых образуют согласованную пару, три резистора, причем эмиттер первого транзистора соединен с первым выводом для подключения источника питания, его коллектор соединен с первым выводом первого резистора, его база соединена с базой второго транзистора, эмиттер которого через третий резистор сот единен с эмиттером первого транзистора, а коллектор второго транзистора соединен с первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом первого резистора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, в него введены четвертый транзистор с типом проводимости, противоположным типу проводимости первых трех транзисторов, четвертый и пятый резисторы, а третий транзистор согласован с первыми двумя, при этом коллектор и база второго транзистора соединены между собой, база третьеФиг.1

Редактор И,Шмакова

Составитель Д.Григоруца Техред М.Моргентал

го транзистора соединена с коллектором первого транзистора, эмиттер третьего транзистора соединен с эмиттером первого транзистора, коллектор третьего транзистора соединен с первым выводом четвертого резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом для подключения источника питания, с которым через пятый резистор соединен эмиттер четвертого

транзистора, коллектор которого соединен с общей точкой первого и второго резисторов, использованной в качестве первого выходного вывода, а его база соединена с первым выводом четвертого резистора, использованным в качестве второго выходного вывода,

2. Стабилизатор по п.Т, отличающий; с я тем, что; с целью расширения функциональных возможностей путем

повышения нагрузочной спосо.бности по второму выходу, в него введены пятый транзистор одного типа проводимости с четвертым транзистором и шестой резистор, - включенный между коллектором третьего

транзистора и вторым выходным выводом, к которому подсоединен эмиттер пятого транзистора, база ко торого подключена к точке соединения коллектора третьего тран- зис/ора с шестым резистором, а коллектор

пятого транзистора соединен с первым выводом для подключения источника питания.

UCTI ЦП

8

5

-#

UC7Z

Фиг.2

КорректорН. Ревская

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качеств е источника опорного напряжения. Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей. В устр-во, содержащее три транзистора, два из которых образуют согласованную пару, и три резистора, введены два транзистора и три резистора. Это позволяет повысить точность устр-ва, а также без использования дополнительных элементов дает возможность одновременного получения опорных напряжений относительно обеих шин питания. Отсутствие операционного усилителя уменьшает потребляемую мощность и расширяет область использования устр-ва. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.