Стабилизатор постоянного тока Советский патент 1980 года по МПК G05F1/56 

(54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в сверхбыстродействующих логических интегральных схемах и больших интегральных схемах с эмиттерносвязанными элементами. Известны стабилизаторы постоянного тока, используемые в элементах с эмит- терными связями, состоящие из транзистора, коллекторный вьшод которого служит выходом источника тока , и резистивного делителя с диодами, задающего необ одимое смещение на базу транзистора Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к изобретению является стабилизатор постоянного тока, со держащий три транзистора, база первого из которых соединена с коллектором второго и чере.з первый резисторподсоединена к первой из питающих шин, эмиттер первого транзистора соединен с базой третьего выходного транзистора, коллектор которого сое- дине с выходным выводом стабилизатора, а.эмиттер через второй резистор гюдсое- динён ко второй питающей шине, коллектор первого транзистора подсоединен к первой питаюшей шине, а база второго транзистора через третий резистор соединена со второй питающей шиной 21, Недостатком известного решения является сильная зависимость тока стабилизатора от изменений напряжения питания и окружающей температуры. Цель изобретения - повысить стабильность выходного тока стабилизатора при изменениях питающего напряжения питания и температуры. Поставленная цель достигается тем, что в стабилизатор постоянного тока, содержащий три транзистора, база первого из которых соединена с коллектором второго и через первый резистор подсоединена к первой нз питающих шин, эмиттер первого транзистора соединен с базой третьего выходного транзистора, коллектор которого соединен с вь.ходпым выводом стабилизатора, а эмиттер через 37 второй резистор подсоединен ко второй питающей шине, коллектор первого транзистора подсоединен к первой питающей шине, а база второго транзистора через третий резистор соединена со второй пи- тающей шиной, введена цепочка из тослед ватепьно соединенных четвертого резистора и диода, включенная между второй питающей шиной ибазой второго тргавзистора, которая через пятый дополнительно введенный резистор подключена к точке соединения эми1тера первого транзистора с базой третьего выходного транзистора,, а эмиттер второго транзистора непосред ственно соединен со второй питающей шиной. На чертеже представлена принципиаль ная электрическая схема стабилизатора постоянного тока, Эмиттер транзистора 1 соединен с базой транзистора 2 и через резистор 3 - с базой транзистора 4, Эмиттер транзистора 4 соединен с питающей шиной 5. База транзистора 4 соединена с анодом диода 6 и через резистор 7 с питающей шиной 5, Катод диода 6 через резистор 8 подключен к шине 5. Коллектор транзистора 4 соединен с базой тран зистора 1 и через резистор 9 - с питаю щей шиной 10. Коллектор транзистора 1 также соединен с питающей шиной 10. Эмиттер транзистора 2 через резистор 11 ггадключен к питающей шине 5. Коп лектор транзистора 2 подсоединен к вых дному выводу стабилизатора посто5шного тока. Стабилизатор постоянного тока работа следующим образом. При подаче напряжения на питающие шины 5 и 10 в схеме устакавлива1зтся режим работЫ; задаваемый параметрами стабилизатора. Принцип работы стабилизатора основан на введении в схем.у отрицательной обратной связи. Увеличение выходного тока, идущего через коллектор транзистора 2, выизывает увеличение падания напряжения на резисторе 11, что, в свою очередь, влв чет за собой увеличение разности потенциалов между эмиттером транзистора 1 и питающей шиной 5. В результате этого ток через резисторы 3, 8, 7 и диод 6 растет, увеличивая разность гаэтенниалов между эмиттером и базой транзистора 4, что, в свою очередь, в.ызьгвает увели чение тока через резистор 9, сшдается транзистором 4, Увеличение пад«5ния напряжения иа резнстс е 9 вы1зывает уменьщение разности потенциалов между базой транзистора 1 и питающей шиной 5, что приведет к уменьшению то ка через транзистор 1, т.е. уменьшению разности потенциалов между эмиттером транзистора 1 и питающей шиной 5. Это влечет за собой уменьшение тока через резистор 11, т.е. выходного тока. В стабилизаторе устанавливается устойчивый режим работы, определнемый следующими уравнениями: t Т- O,-I,RT ; .e«.|-. Ь Л РИ .n л -Н -1 LR 30 где Э , 3 , Dq, DT, ,3ц - токи через резисторы 7, 11, 9, 3, 8 соответственно} 4 -. температурный потенциал; Эдд обратный ток диода 6; RT , R, R ( , RT 9 сопротивления резисторов 7| 11 9, 3. 8; - напряжение, подаваемое на питающие шины 5 и 1О. Транзисторы 1, 2 и 4 имеют одинаков вый обратный ток эмиттерно-базового перехода 0 , . Для упрощения не рассматриваются базовые токи транзисторов. Из управления (З) видно, что изменение напряжения питания вызывает изменение токов, текущих Через резистсфы 9 и 3. Увеличение тока через резистор 3 вызывает увеличение токов, текущих черв резисторы 7 и 8. Дифференцируя уравнение (l), получаем зависимость относйтельвого изменения гока, текущего через резистор .от относительного изменения тока Jo /л э(.а,- V (з„(Ч Величинедостаточно то лО большая, т.е. относительное изменение V 3 на много раз больше относительного сГЗт . Из уравнения (2) аналогичным образом получаем зависимость относитель от относител ного изменения тока SB ( в ): кого изменения тока -4 Vз Величина коэффициента (1-ь fc определяется см. форЛАупу (2) логарифмом произведения отношения токов 3q и 3g и отношения обратных токов диода 6 ( D j, ) и эмиттерио-базового перехода транзистора 4 ( 3 ): При условии, что ток через резистор 8 намного меньше тока резистор и что обратный ток диода 6 больше об. ратного тока базово-эмитт ного перехо да (за счет разных плошадей 11-р пере ходов), относительное изменение гока ч рез резистор 9 намного больше по срав кеншо с относительным изменением Так как ток 3-: равен сумме токов t} и 9g то относительное изменение тока 3 незначительно по сравнению с относительным изменением тока 3q , т.е. при изменении напряжения питания меняется напряжение на резисторе 0, разность же потенциалов между питающей шиной 5 и эмиттером первого транзистора 1 остается почти неизменной. Поэтому выходной ток стабилизатора, задаваемый этой разностью потенциалов, стабилизировав по капряже нию питания. При увеличении температуры напряжение на базово-эмиттер«ом переходе транзистора 4 уменьшается, что вает уменьшение тока через резистор 7 Из формулы (2) получаем, что ток через резистор 8 определяется спеду8 « шим образом: о DftRp-4...Км 88 г dg При росте температуры отношение . остается постоянным, так как задается отношением площадей эмиттерны переходов, коаффидиент Су возраста ет. Поэтому ток, текущий через резисто 8, возрастает - формула (8). В результате суммарный ток через резистор 3 не меняется при изменениях температуры. Рйзность потенциалов между базой транзистсфа 2 и питающей шиной 5 опре 716 депяется напряжс пнем на базово-эмит TepHONf переходе TpatisucTOpa 4 и падением напряжения на резисторе 3. Температурное изменение напряжения на эмиттерном переходе транзистора 2 компенсируется температурным изменением напряжения на эмиттерном переходе транзистора 4, ток же через резистор 3 ПОСТОЯННЫЙ, поэтому выходной ток-стабилизатора стабилен при изменениях температ фы. Предлагаемый стабилизатор постоянного тока обладает наибольшей стабилИ зацкей выходного тока при суммарном воздействии отклонений напряжения питания и температуры, изменения aairpysки и технологического разброса параметров схемы из известных источников пос1Оянного тока, используемых .в анало- гичных целях, может работать при низких напряжениях питания и при этом отличается простотой схемы. Предлагаемый стабилизатор перспективен при использовании его в сверхбыстродействующих больших интегральных схемах на низкоуровневых элементах с эмиттеры ым и связями. Формула изобретения Стабилизатор постоянного тока, содержащий три транзистора, база первого из которых соединена с коллектором второго н через первый резистор подсоединена к одной из питающих шин, эмиттер первого Транзистора соединен с базой третьего выходного транзистора, коллектор которого соединен с выходным выводом стабилизатора, а эмиттер через второй резистор подсоединен ко второй пи- таюшей шине, коллектор первого транзистора подсоединен к первой питающей шине, а база второго транзистора через третий резистор соединена со второй питающей шнной, отличающийся тем. Что, с целью повьаления стабильности выходного тока при изменениях питающего напряжения и температуры, в него введена цепочка из носледоватольно соединенных четвертого резистора и диода, включенная между второй питающей шиной и базой второго транзистора, которая через пятый дoпoJlЯитeлbнo введенный резистор подключена к точке соединения эмиттера первого транзистора с базой третьего выходного транзистора, а эмиттер второго транзистора непосредственно соединен со второй- питающей шиной. Источники информлиии, принятые во вниманнр при экспертизе 1. Немудрое В, Г. и др. Вибор источника постоянного тока в логических схемах на токовых переключателях, В сб. 7360 5 713 Микроэлектроника, под род, Ф. В. Лукина. М.,Советское радио, вып. 5, 1972, с. 275-281. 2. Патент Великобритании № 1443361, кл. Н 1 К, 1974.