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

СП

С

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовало в качестве источника опорных постоянных и термозависимых напряжений. Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей. Устр-во содержит три транзистора, согласованных между собой, пять резисторов и дифференциальный усилитель. Благодаря определенному схемному построению на эмиттере второго транзистора поддерживается потенциал, не зависящий от величины напряжения питания. Причем это происходит не за счет про- текания выходного тока, а за счет эмиттерного тока второго транзистора, что снимает ограничение на его величину. 1 ил.

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

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

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

Однако такой стабилизатор обладает недостаточной точностью, при этом отсутствует источник термозависимого тока.

Наиболее близким к предлагаемрму яв- ляется стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий три биполярных

транзистора, первые два из которых согласованы между собой, четыре резистора и дифференциальный усилитель, причем эмиттер первого транзистора соединен с общей шиной, его коллектор соединен с базами первого и второго транзисторов, неин- вентирующим входом дифференциального усилителя и с первым выводом первого резистора, коллектор второго транзистора со- единен с первым выводом второго резистора и инвентирующим входом дифференциального усилителя, выход которого использован в качестве выхода стабилизированного напряжения, при этом эмиттер второго транзистора через третий резистор соединен с общей шиной, вторые выводы первого и второго резисторов соединены, эмиттер третьего транзистора соединен с первым выводом четвертого резистора, а

СО

ел

его коллектор использован в качестве выхода термозависймого источника тока 2.

Однако для известного стабилизатора характерны недостаточная точность стаби- лизации выходного напряжения, а также не- возможность использовать источник термозависимого тока при напряжении питания менее 1,5-2 В, что приводит к сужению области примейения устройства.

Цель изобретения - повышение точно- сти и расширение функциональных возможностей.

Указанная цель достигается тем, что в СН, содержащий, три биполярных транзистора, первые два из которых образуют со- гласованную пару, четыре резистора и дифференциальный усилитель, причем эмиттер первого транзистора соединен с .общей шиной, его коллектор соединен с базами первого и второго транзисторов, неин- вертирующим входом дифференциального усилителя и с первым выводом первого резистора, коллектор второго транзистора соединен с первым выводом второго резистора и инвертирующим входом диф- ференциального усилителя, выход которого соединен с выходным выводом, эмиттер второго транзистора через третий резистор соединен с общей шиной, вторые выводы первого и второго резисторов соединены между собой, эмиттер третьего транзистора соединен с первым выводом четвертого резистора, а его коллектор используется в качестве выхода термозависимого источника тока, введен пятый резистор, включенный между выходом дифференциального усилителя и точкой соединения первого и второго резисторов, второй вывод четвертого резистора соединен с общей шиной, а база третьего транзистора соединена с базами первого и второго транзисторов, причем третий транзистор согласован с первыми двумя.

Транзистор, температурная зависимость напряжения эмиттер-база которого используется для генерации стабильного напряжения, и транзистор-генератор тока, пропорционального температуре, совпадают. Это приводит к повышению точности стабилизации выходного напряжения. Кро- ме того, в предлагаемом устройстве возможно понижение напряжения на выходе источника термозависимого тока до 0,6 В без нарушения работоспособности в отличие от прототипа, где это напряжение не должно быть менее 1,2 В). Это расширяет функциональные возможности предлагаемого стабилизатора.

На чертеже изображена принципиаль- .ная схема стабилизатора.

Стабилизатор напряжения постоянного тока содержит транзисторы 1-3, согласованные между собой, резисторы 4-8 и диф- ференциальный усилитель 9, причем эмиттер транзистора 1 соединен с общей шиной, его коллектор - с базами транзисторов 1 и 2, неинвертирующим входом дифференциального усилителя 9 и первым выводом резистора 4, коллектор транзистора 2 соединен с первым выводом резистора 5 и инвертирующим входом дифференциального усилителя 9, выход которого использован в качестве выхода стабилизированного напряжения, при этом эмиттер трзнзистора 2 через резистор 6 соединен с общей шиной, вторые выводы резисторов 4 и 5 соединены, эмиттер транзистора 3 соединен через резистор 7 с общей шиной, а-его коллектор используется в качестве источника тока, пропорционального температуре, резистор 8 соединяет выход дифференциального усилителя 9 с общей точкой резисторов 4 и 5, база транзистора 3 соединена с базами транзисторов 1 и 2.

Стабилизатор работает следующим образом.

При включении питания дифференциальный усилитель 9 устанавливает жа своем выходе такое напряжение, при котором токи, протекающие по резисторам 4 и 5, создают на них одинаковое падение напряжения. Это связано с тем, что первые выводы этих резисторов соединены с входами, дифференциального усилителя (очевидно, потенциалы этих входов равны с точностью до напряжения смещения дифференциального усилителя), а вторые их выводы соединены между собой.

Таким образом, можно записать

И R4 12 RS,

(1)

где И, 2 коллекторные токи транзисторов 1 и 2 соответственно;

R4, RS - сопротивление резисторов 4 и 5 соответственно.

Для токов И и 2 справедливы следующие формулы:

li lssi-exp( ;

2 Us2 exp

Ue-Ue рт

где Issi, Iss2 токи насыщения эмиттерных переходов транзисторов 1 и 2 соответственно;

Ue - падение напряжения на резисторе

6;

кт температурный потенциал;

k - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура; q - заряд электрона. Учитывая, что (так как транзисторы 1 и 2 согласованы), получают

2 И exp

-Ue fh

Воспользовавшись (1) и проведя ряд простых преобразований, получают

.

Таким образом, схема работает так, что на эмиттере транзистора 2 поддерживается независимый от величины напряжения питания потенциал, пропорциональный (fh и температуре. При этом величина Ue поддерживается не за счет протекания выходного тока, а за счет эмиттерного тока транзистора 2, что снимает ограничения на его величину, причем она не зависит от значения входного напряжения, Этим достигается повышенная стабильность выходного на пряжения в широком интервале питающих напряжений.

Примем, что ток эмиттера транзистора 2 равен его коллекторному току. Тогда, как следует из закона Ома и (3),

.. Ue Јг , RS l2-R6 -fe lnRT

Rs , Rs

/1 j. R5 . ns (1+Rl)lnRZ

Тогда суммарный ток, протекающий по резистору 8,

Ј1 л +Rs ,ПЛ5 Re I1 + RA) R4

В известной схеме температурный коэффициент напряжения эмиттер - база транзистора, ток коллектора которого про- порционален температуре, постоянен в широком диапазоне и для генераций термостабильного выходного напряжения можно сложить напряжение эмиттер - база с отрицательным температурным коэффициентом с другим, температурный коэффи

циент каждого равен ему по величине и противоположен по знаку. В предлагаемой схеме таким напряжением служит суммарное падение напряжения на резисторах 4 и 8.

5 Как следует из (4), (5) и (6), ток, протекающий по этим сопротивлениям, пропорционален температуре. Для того, чтобы выходное напряжение было термостабильным, его величина должна составлять 1,22 В. Оно

10 выставляется путем подстройки величины резистора 8. При этом баланс токов схемы не меняется.

Транзистор 3 может служить в качестве генератора тока, пропорционального тем,15 пературе, так как (при ) ток его коллектора равен току коллектора транзистора 2. СН был промакётирован с использованием следующих элементов: 1-3 - микросхема 198НТ1Б, 9 - операционный

20 усилитель КБ1409УД1Б. Номиналы резисто1 ров 4-8 соответственно 0,91; 9,1; 1; 1 кОм и 200 Ом.

25

Формула изобретения

Стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий три биполярных транзистора, первые два из которых согласованы между собой, четыре резистора и дифферен30 циальный усилитель, причем эмиттер первого транзистора соединен с общей шиной, его коллектор соединен с базами первого и второго транзисторов, неинвертирующим

. входом дифференциального усилителя и с

35 первым выводом первого резистора, коллектор второго транзистора соединен с пер- вым выводом второго резистора и инвертирующим входом дифференциального усилителя, выход которого соединен с

40 выходным выводом, эмиттер второго транзистора через третий резистор соединен с общей шиной, вторые выводы первого и второго резисторов соединены между собой, эмиттер третьего транзистора соединен с

45 первым выводом четвертого резистора, а его коллектор использован в качестве выхода термозависимого источника тока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных

50 возможностей, в него введен пятый резистор, включенный между выходом диффеt ренциального усилителя и точкой соединения первого и второго резисторов, второй вы вод четвертого резистора соединен

55 с общей шиной, а база третьего транзистора соединена с базами первого и второго транзисторов, причем третий транзистор согласован с двумя первыми транзисторами.

Л

UOI

,(.

Г

9

ивых.