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

1 . V Изобретение относится к электроизмерительной технике и может применяться в качестве двухполярного исто ника постоянного напряжения, например, в автоматических измерительных системах. Известны источники напряжений, ис пользуемые в радиотехнических установках и- приборах для создания опорных напряжений ClJ . Наиболее близким по технической сущност 1 к предлагаемому является источник опорного напряжения, содер жащий мостовую схему cq стабилитро нами в двух противоположных плечах и резисторами в двух других плечах и два операционных усилителя, пооче редно подключаемые к выходной клемме источника. Первый усилитель инвертирующим входом соединен с анодо и выходом - с катодом одного из ста билитронов, а второй усилитель инвертирующим входом соединен с катод И выходом - с анодом другого стабилитрона мостовой схемы 121. В известном источнике опорного напряжения температурная погрешност в основном определяется температур.ными погрешностями стабилитронов. Добиться уменьшения температурной погрешности можно либо термостатированием схемы, либо созданием схем температурной компенсации, применяя элементы с малыми температурными коэффициентами. Если пользоваться термостатированием схемы, то возрастают габариты и потребляемая мощность источника, а также возрастает время выхода на режим и ухудшается временная стабильность источника. Применение элементов с малыми температурньдми коэффициентами неэффективно, так как нужен выбор элементов с одинаковыми температурными коэффициентами. . Цель изобретения- уменьшение тем-. пературной погрешности выходного напряженияисточника, при этом не ухудшая временной стабильности выходного напряжения. Поставленная цель достигается тем, что источник опорного напряжения, содержащий мост со стабилитронами в двух противоположных плечах и резисторами в двух других плечах, клемму подключения источника упрайляющего напряжения, два операционных усилителя, выходы которых являются выходами устройства и подключены к двум противоположным вершинам мос та/ неинвертирующие входыприсоединены к клемме подключения источника управляющего напряжения, имеет также два дополнительных операционных усилителя, неинвертирующие входы ко торых подключены через цепочки из двух Последовательно включенных до1полнительньис резис торов к выходам устройства и к другим противоположным вершинам моста, выходы дополнительных усилителей присоединены к своим инвертирхрцим входам и к инвертируннцему входу первого и второго, соответственно, основных операционных усилителей, а также через дополнительные диоды разного направ ления к точкам соединения дополнительных резисторов последовательных резистивных цепей. На чертеже изображена электричес кая схема предлагаемого источника опорного напряжения. Источник опорного напряжения выполнен на основе мостовой схемы, в противоположных плечах которой включены два стабилитрона 1 и 2 и два резистора 3 и 4. К выходной кле ме 5 положительных выходных напряжений подключены выход операционного усилителя 6, одна клемма резисто ра 4 и катод стабилитрона 1, к выходной клемме 7 отрицательных выход ных напряжений подключены выход опе рационного усилителя 8, одна клемма резистора 3 и анод- стабилитрона 2. Клемма 9 подключения управляющего напряжения присоединена к неинверти рующему входу операционных усилителей б и В. Неинвертирующие входы дополнительных операционных усилителей 10 и 11 подключены через два г рсЛедовательно включенных резистора, соответственно 12, 13 и 14, 15 к выходу 5 и через два последовательно включенных резистора, соответственно 16, 17 и 18, 19 - к выходу 7. Выходы дополнительных усилителей 10 и 11 присоединены прямо к своим инвертирующим входам, и к инвертирующим входам основных опера ционных усилителей б и 8, соответственно, а. также через дополнительные диоды разного направления 29 и 21.или 22 и 23 к точкам соединения дополнительных резисторов прследова.гельннх резистивных цепей 12, 13 и 9.6, 17 или 14, 15 и 18, 19, соответственно. Все используемые операционные усилители 6, 8, 10 и 11 охвачены глубокой отрицательной обрат.ной связью, и поэтому для упрсяцения ана лиза можно считать, что напряжение на обоих выходах усилителей фактически равны и их температурные дрей на порядок меньше температурных коэффициентов стабилитронов. На выходе усилителя 6 формируется стабилизированное положительное постоянное напряжение U, а на выходе усилителя 8 отрицательное стабилизированное постоянное напряжение Uj-d) и.(Т)+ Ug , ) Up - и,(т). где и , и - падения напряжения на стабилитронах 1 и 2, соответственно j и„ - напряжение управляющего источника 9j Т - температура. Токи Л Зд через стабилитроны 1 и и 2 равны J (т) .l adill Уао(г) 4 й R Э Т6 3 (Т)-М114.-М2л(Т) .. . R-X, - падения напряже . ния стабилитронов 1 и 2, соответственно;jn - Jt 2 падения напряжено 1 22. . диодов 20-23. 1/-,. RX Rjln сопротивления ре/3 (ь (4 18 зисторов 3, 4, 13, 16, 14 и 18. Выходные напряжения и,-, U и токи стабилитронов 3 , имеют темпеатурную зависимость. При изменении емпературы от Т до Т, изменяется адение напряжения стабилитронов на еличину ли., (Т) и ди, (Т) ; ли (Т) и (Т ) - и. (1,2.); /,4 ли(Т) U2 (Т.,) - и., (Т) , оторые и вызывают изменения выходых напряжений. Чтобы выходные напряения остались неизменными, надо зменитьтоки через стабилитроны 1 3-2, так, чтобы ди (Т) О и ли. (Т) 0. Далее рассмотрим как уменьшается емпературная погрешность выходного апряжения отрицательной полярности. ля упрощения анализа предположим, то напряжение управляющего источниа равняется нулю и при увеличении емпературы от Т до т: падение напяжения стабилитрона Ua. уменьшается. тобы U/i (Т) и/г (Т,;,), т.е. dUvj (тГ о, надо-увеличить ток а стабилитрона .2 так, чтобы прираение тока составило uUi(T) 1 - дифференциальное сопротивление стабилитрона 2 при токе 3 2. (Т) . Выбирая ток через резистор 18 Л (Т) АЗ(Т) , получаем соответ- твующую компенсацию напряжения табилитрона 2 ди. (Т) 0 так, чтоы при изменении температуры выходое напряжение и оставалось стабильным. Величина сопротивления R резистора 18,выбирается соотношением о -.MbihM fo дз(ТТ- где U,2j (Т ) и () -напряжения диода 23 при температурах, Т и ответственно. Чтобы исключить температурную ко пенсацию выходного напряжения ниже температуры Т выбираем сопротивление резистора 19 . S f-ib у.-ьСГ-,} 19 ЦаъШ , Если при возрастании температуры наблюдается увеличение падения напряжения стабилитрона 2,- то соответствующую компенсацию тока стабилитрона Зд. получаем, уменьшая ток резистора 14. При расчете можно применять формулы () - (5), если в них диод 23 заменить диодом 22, резистор 18 - резистором 14, а резистор 19 - резистором 15. Таким образом, при помощи резисторов 18 и 19, а также диода 23 получаем линейную компенсацию тока стабилитрона 2 отрицательным температурным коэффициентом напряжения в интервале температур от Т до Т, а при помощи резисторов 14 и 15 и диода 22 получаем линейную компенса цию тока стабилитрона 2 в области положительного температурного коэффициента напряжения. Аналогично этой процедуре выраба тывается и положительное выходное напряжение U, , При правильном выборе номиналов резисторов получен суммарный температурный коэффициент напряжения в интервале температур от + 10 до + не более. 0,002%, т.е. предлагаемое схемное решение уменьшает температурный коэффициент напряжени источника на порядок. Благодаря уменьшению температур ной погрешности согласно предлагае мому техническому решению можно, .при обеспечении определенной высокой точности выходного напряжения исключить из источника дорогостоящий термостат и, кроме того, благодаря исключению -термостата, время готовности прибора к работе уменьшается с 45-60 мин до 5-10 мин, что дает потребителю выигрыш во времени на 10% при 8-ми часовом режиме эксплуатации прибора. Формула изобретения Источник опорного напряжения, содержащий мост со стабилитронами в двух противоположных.плечах и резисторс1ми в двух других плечах, клемму .подключения источника управляющего напряжения, два операционных усилителя, выходы которых являются выходами устройства и подключены к двум противополохсным вершинам моста, неинвертирующие входы присоединены к клемме подключения источника управляющего напряжения/отличающийся тем, что, с целью уменьшения температурной погрешности выходных напряжений, источник опорного напряжения снабжен двумя дополнительными операционными усилителями , неинвертирующие входы которых подключены к двум другим против зположным вершинам моста и через цепочки из двух последовательно включенных дополнительных резисторов - к выходам устройства, выходы дополнительных усилителей присоединены к своим инвертирующим входам и к инверти- рующему входу первого и второго, соответственно, основных операционных усилителей, а также через дополнительные диоды разного направления к точкам соединения дополнительных резисторов последовательных резистивных цепей. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Вейгеровский Л.В. и Вайнштейн А.Х. Прецизионные полупроводниковые стабилизаторы. М., Энергия, 1974. 2. Авторское свидетельство СССР № 445037, кл. G 05 F 1/56.