Источник опорного напряжения Советский патент 1981 года по МПК G05F1/56 

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в высокоточных электронных системах различного назначения, в л оторых для повыяения температурной стае ильности выходных параметров используется настройка температурного коэффициента (тк).

Известен стабилизатор напряжения с регулируемым ТК, в котором источник опорного напряжения (ИОН) выполнен с использованием параметрического стабилизатора, группы включенных в прямом направлении диодов, регулируекых резистивных двигателей (РРЛ) эмиттерных повторителей. Иэменени Т выходного напряжения в таком устрс йстве достигается путем иэ юнения ьеличины напряжения на токозадающем резисторе при постоянном, определяемом параметрами группы диодов, абсолютном ТК напряжения на указанном резисторе II.

Однако данное устройство характеризуется низкой долговременной стабильностью из-за использования полупроводниковых диодов и транзисторов обладающих большой и не гарантируемо техническими условиями на элементы нестабильностью параметров за время

эксплуатации«и хранения, невозможностью установки .ТК любого знака, сложностью настройки ТК, обусловленной зависимостью выходного напряжения от величины устанавливаемого ТК.

Наиболее 6jjp3KHM по те1СН|1ческ6му рршению к предлагаемому является источник опорного напряжения, содержащий два параметрических стабилизатора на стабилитронах, дифференциальный усилитель с резистором в цепи отрицательной обратной связи, регулируемый резистивный делитель и источник питания, выход которого подключей ко входу первого стабилизатора 2.

Недостатком данного источника является появление дополнительной нелинейной составляющей температурной погрешности,-вызванной как нелинейной зависимостью дифференциального сопротивления стабилитрона от тока стабилизации, так и близкой к линейной зависимостью ТК напряжения от тока стабилизации, который являясь линейной функцией темтературы, вызывает изменение напряжения от температуры по закону, близкому к квадратичному. Влияние указанной ДОПОЛНИ тельной погрешности существенно возрастает как с расширением температу ного диапазона, так и с расширением диапазона регулирования ТК. Диапазо регулирования ТК, помимо указанной дополнительной погрешности, огранич также диапазоном допустимых токов ч рез стабилитрон и дифференцисшьным сопротивлением стабилитрона, что ог раничивает функциональные возможнос ти устройства, например, в случае компенсации ТК системы. Большое выхо ное сопротивление устройства, равно дифференциальному сопротивлению ста литрона, ограничивает нагрузочную способность и вызывает дополнительну погрешность от изменения тока нагру ки. Невозможность устранения в устройстве зависимости выходного напряжения от устанавливаемого ТК обуслав ливает необходигюсть использования при настройке вычислительных операций и повторных циклов температурных испытаний, что существенно усложняет процесс настройки. изобретения является повышение температурной и долговременной стабильности выходного напряжения и стабильности, обусловленной, изменением тока нагрузки, а также расширение функциональных возможностей устройства путем расширения диапазона регулирования ТК и упрощения процесса настройки ТК. Указанная цель достигается тем, что в источнике опорного напряжения вход второго параметрического стабилизатора непосредственно соединен со входом первого параметрического стабилизатора, а между выходами первого и второго стабилизаторов включен крайними Ш11водами регулируемый резистивный делитель, средний вывод которого соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, инвертирую1г1Ий вход которого через резистор йоединен с выходом второго стабилизатора, а выход дифференциаль ного усилителя служит выводом для подключения нагрузки. . На чертеже изображена принципиаль ная злектрическая схема источника опорного напряжения. Регулируемый резистивный делитель 1соединен одним из крайних выводов с выходом параметрического стабилизатор 2на стабилитроне 3, вторым крайним выводом - непосредственно с выходом параметрического стабилизатора 4 на стабилитроне 5 и через резистор 6 с инвертирующим входом дифференциального усилителя 7, средним выводом с неинвертирующим входом усилителя 7 Инвертирующий вход последнего соединен с его выходом, являющимся выходом устройства, через цепь отрицательной обратной связи иа резисторе 8. Входы стабилизаторов 2 и 4 соединены с выходом источника 9 питания выполненного в рассматриваемом варианте реализации с использованием второго дифференциального усилителя 10 и второго регулируемого резистивного делителя 11. Устройство работает следующим об разом. На выходе усилителя 7 за счет отрицательной братней связи устанавливается напряжение S, при котором напряжения на обоих входах усилителя 7 равны. В частности, при равенстве коэффициентов k передачи делителя 1 и k. делителя из резисторов 6 и 8, между крайними вывода-. ми этих делителей также устанавливаются равные напряжения. Шлходное напряжение устройства Uy при этом равно выходному напряжению Uj стабилизатора 2 и не зависит от выходного напряжения U стабилизатора 4.. Рассмотрим для простоты случай равного сопротивления резисторов 6 и 8 (k.j-0,5) При на оба входа усилителя 7 подается напряжение и . В этом случае выходное напряжение и (0)и При Ц, 0,5 в силу равенства коэффициентов k . и k, , и, (0,5) При коэффициенте ,0 на неиквертирующий вход усилителя 7 подается напряжение и, усилитель 7 при зтом по отношению к разности оказывается включенным в режиме инвертора с единичным усилением, на выходе которого формируется напряжениеи (1 ,o) (Уд-и), Соответственно температурный коэффициент (ТК) у выходного напряжения устройства связан с ТК У и У выходных напряжений стабилизаторов 2 и 4 соотношениями Г7(0) Т4 Г7( О . 5) - У . Тв(.1.0)-Гг-(4-Г2) Стабилизатор 2 выполнен на прецизионном термокомпенсированном стабилитроне 3, а стабилизатор 4 - на термозависимом стабилитроне 5, например, типа 2С113А, вследствие чего ITJ , ,0) -Г4При изменении коэффициента передачи k от О до 1,0 ТК выходного напряения устройства Iff будет изменяться от максимёшьного ( у) до миниального { J) Для получення регулируемого ТК любого знака в предагаемом устройстве не требуется ропускания через стабилитрон: терозависимого тока, что позволяет сключить дополнительную нелинейную оставляющую температурной погрешности, расширить диапазон регулирования ТК. Компенсация ТК выходного напряжения устройства заключается в установ ке при фиксированном значении температуры напряжения Up источника 9, пр котором напряжение между крайними выводами делителя 1 равно нулК), измерении выходного напряжения устройства, компенсации температурного ухода при втором фиксированном значении температуры путем установки коэффициента k, соответствующего первоначальному значению выходного напряжения. Благодаря нулевому напря жению между крайними выводами делителя 1 выходное напряжение при первом фиксированном значении температу ры не зависит от устанавливаемого делителем 1 ТК и равно напряжению стабилизации стабилитрона 3. Поэтому если теперь вернуться к первому фиксированному значению температуры, выходное напряжение устройства не изменится, чем и подтверждается компенсация ТК устройства. Компенсация ТК выходного параметра системы, в состав которой входит предлагаемое устройство, производится аналогично Отсутствие вычислительных операций в повторных циклах температурных испытаний благодаря независимости выходного напряжения от устанавливаемого ТК позволило в предлагаемом устройстве упростить процесс настрой ки. Причем, упрощение процесса настройки в предлагаемом устройстве дос тигается без дополнительного гальва нического развязанного источника. Компенсация ТК выходного напряжения в устройстве достигается уста новкой коэффициента k, при котором коэффициенты влияния напряжений U. и и на выходное напряжение устройства обратно пропорционашьнч их ТК, Т к Т . При выполнении условия (1) коэффициент влияния напряжения иJ.близок к 1,0, коэффициент влияния напряжения Uy значительно меньше 1,0 и примерно равен отношению .Близки ,к нулю коэффициент влияния на выходное напряжение погрешностей параметров делителя 1 и резисторов б и 8 достигается за.счет нулевого напряжения между крайними выводами делителя 1 и, следовательно, близкого к нулю напряжения на резисторах б и 8. Значительное уменьшение коэффициента влияния выходного напряжения параметрического стабилизатора 4, а также отсутствие в предпагаемом устройстве переменного резистора в реостатном включении позволяют дополнительно повысить долговременную стабильность выходного напряжения. Выходное сопротивление устройства значительно меньше дифференциального сопротивления стабилитрона, что позволяет в предлагаемом устройстве уменьшить погрешность от изменения тока нагрузки. Напряжение Uc источника 9 определяется термокомпе ней Г ванным напряжением Уз параметричеслого стабилизатора 2 и коэффициентом передачи делителя 11. Регулировка напряжения U осуществляется изменением коэффицента передачи делителя 11. В качестве регулируемых делителей 1 и 11 в предлагаемом устрюйстве использованы многозарядные резистивные матрицы R-2R, выполненные в виде микросхем, например, серии 304, и имеющие более вы- сокую по сравнению с переменными резисторами долговременную и температурную стабильность и более высокую разрешающую способность. Отличия предлагаемого устройства от известного/заключающиеся в соединении между собой входов первого и второго стабилизаторов, включении крайних выводов регулируемого резис- ; тивного делителя между вых.одами ста-, билизаторов, соединении среднего вывода делителя с кеинвертирующим входом дифференциального усилителя, соединении инвертирующего эхода усилителя через резистор с выходом второго стабилизатора, соединении выхода усилителя с выходом устройства, позволяют в предлагаемом устройстве повысить температурную и дол1 овремеиную стабильность выходного напряжения и стабильность, обусловленную изменением тока нагрузки, расширить функциональные возможности за счет расширения диапазоне регулирования ТК и упрощения процесса настройки ТК. Формула изобретения Источник опорного напряжения, содержащий два параметрических стабилизатора на стабилитронах, дифференциальный усилитель с резистором в цепи отрицательной обратной связи, регулируемый резистивный делитель, источник питания, выход которого подключен ко входу первого стабилизатора, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности выходного напряжения и расширения функциональных возможностей, вход второго стабилизатора непосредственно соединен со входом первого стабилизатора, а между выходами первого и второго стабилизаторов включен крайними выводами регулируемый резистивный делитель, средний вывод которого соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилит;еля, инвертирующий вход которого через резистор соединен с выходом второго стабилизатора, а выход дифференциального усилителя служит выводом для подключения нагрузки.

Источники информации/ принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 506840, кл. е 05 F 1/56, 1976.

2,Авторское свидетельство СССР 568943, кл. в 05 F 1/56, 1977