Формирователь опорных напряжений Советский патент 1981 года по МПК H03K13/05 

(54) ФОРМИРОВАТЕЛЬ ОПОРНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

Изобретение относится к промышленной радиоэлектронике и может быть использовано в цифро-аналоговых преобразователях . Известен формирователь опорных напряжений по основному авт.св. № 780187, содержащий источник питаю щего напряжения, источник опорного напряжения, источник тока, многополюсный повторитель тока, опорный транзистор, входные клеммы, выходны клеммы и набор идентичных каскадов, каждый из которых вк71ючает в себя компенсирующий и токоведущий транзисторы Г1 Однако в многополюсном повторите ле тока, входящем в состав формирователя, имеются внутренние обратные связи с выходных клемм на входную, а также сопротивления между упомянутыми клеммами, конечные по своей величине и не равные друг другу,что обусловлено внутренними обратными связями с выходных электродов на вх ные электроды элементов, из которых состоит повторитель тока, и конечными неравными сопротивлениями межд выходными и входными электродами упомянутых элементов, а также повер ностными сопротивлениями подложки, на которой расположены элементы повторителя тока. Сопротивления между выходными и входными электродами элементов, из которых состоит повторитель тока, изменяются при изменении температуры окружающего воздуха. В итоге при изменении напряжения на выходных клеммах повторителя тока или при изменении температуры окружающей среды изменяются выходные токи повторителя. Это явление при анализе работы повторителя тока учитывается введением в эквивалентную схему повторителя тока источников тока утечек, приложенных между выходными и входной клe 1мaми повторителя. Кроме того, многополюснЕЛй повторитель тока имеет низкое входное сопротивление относительно его входной клеммы и напряжение на этой клемме зафиксировано относительно напряжения на его общей клемме, причем в известном устройстве напряжение на выходных клеммах многополюсного повторителя тока не равно напряжению на его входной клемме. При изменении питающего напряжения, прикладываемого к формирователю, изменяются напряжения между выходнЕзМИ и входной клеммой многопо.гаосного повторителя тока, что влечет з собой изменение токов утечек между упомянутыми клеммами повторителя тока, причем эти изменения токов утечек в реальных случаях не равны друг другу. При изменении температуры окружа щей среды, при зафиксированном напр жении источника питающего напряжени токи утечек между выходными и входной клеммами многополюсного повтори теля тока, обусловленные вышеуказан ными факторами, изменяются, что вле чет за собой изменение эмиттерных т ков, протекающих через компенсирующие транзисторы каскадов и опорньай транзистор. Эти изменения эмиттерных токов, протекающих через компенсирующие транзисторы каскадов и опорный тран зистор, вызывают изменения напряжения база-эмиттер этих транзисторов, следовательно, и изменение опорных напряжений, формируемых на входных клеммах-формирователя. Таким образом известный формирователь имеет пониженную стабильность формируемых опор ных напряжений при изменении питающего напряжения и при изменении тем пературы окружающей среды, что явля ется -недостатком устройства. В силу того, что в известном формирователе напряжения на выходных клеммах многополюсного повторителя тока отличаются от напряжения на его входной клемме, то наблюдается неко торое различие выходных токов повто рителя от его входного, обусловленное внутренними обратньлми связями с выходных электродов на входные электроды элементов, из которых состоит повторитель тока, и конечными сопротивлениями между выходными и вход ными электродами упомянутых элементов повторителя тока. В результате ток, протекающий через опорный транзистор, отличается от токов, протекающих через компенсирующие транзисторы каскадов, а следовательно, опорные напряжения, формируемые на входных клеммах формирователя, отличаются от напряжения опорного источника, т.е. формирователь имеет пониженную точность формирования опорных напряжений. Цель изобретения - повышение точности и стабильности формирования опорных напряжений. Поставленная цель достигается тем что в формирователь, содержащий источник питающего напряжения, источни опорного напряжения, источник тока, многополюсный повторитель тока,опорный транзистор, входные клеммы, выхо ные клеммы и набор Идентичных каскадов, каждый из которых включает в себя компенсирующий и токоведущий транзисторы, причем э-миттер токоведу шего транзистора соединен с базой компенсирующего транзистора и соответствующей входной клеммой устройства, коллектор токоведущего транзистора соединен с соответствующей выходной клеммой устройства, а база токоведущего транзистора соединена с коллектором компенсирующего транзистора и соответствующей выходной клеммой многополосного повторителя тока, общая клемма которого соединена с первым полюсом источника питающего напряжения, а входная клемма - с коллектором опорного транзистора,эмиттер опорного транзистора и змиттеры компенсирующих транзисторов каскадов подключены к выходу источника тока, вход которого соединен со второй шиной источника питающего напряжения, а между базой опорного транзистора и вышеуказанной шиной включен источник опорного напряжения, введены источник напряжения смещения и четырехполюсный регулирующий элемент с входной клеммой, клеммой смещения и двумя выходными клеммами, причем входная клемма регулирующего элемента соединена с коллектором опорного транзистора и соответствующей выходной клеммой многополюсного повторителя тока, клемма смещения регулирующего элемента подключена к первой шине источника напряжения смещения, вторая шина которого соединена с второй шиной источника питания,первая выходная клемма регулирующего элемента соединена с выходом источника тока, эмиттерами компенсирующих транзисторов каскадов и эмиттером опорного транзистора, а вторая вьлходная клемма регулирующего элемента подключена к входной клемме многополюсного повторителя тока. Изменение эмиттерных токов компенсирующих транзисторов в каскадах и опорного транзистора в данном формирователе меньше изменений эмиттерных токов соответствующих транзисторов в известном формирователе. Изменения эмиттерных токов компенсирующих транзисторов в каскадах происходят в одной фазе с изменением змиттерного тока опорного транзистора, а в схеме основного изобретения изменения эмиттерных токов компенсирующих транзисторов в каскадах происходят в противофазе с изменением эмиттерного тока опорного транзистора. Так как напряжения смещений и температурный дрейф напряжений смещений мегкцу базами транзисторов с объединенными эмиттерами определяются логарифмом отношения токов, протекающих через эти транзисторы, то учитывая, что изменения эмиттерных токов, протекающих через компенсирующие транзисторы каскадов и опорный транзистор в данном формирователе, меньше изменений эмиттерных токов, протекающих через соответствующие

ранзисторы в схеме основного изобреения j и изменения токов через KO Iенсирующие транзисторы каскадов и порный транзистор в предлагаемом ормирователе происходят в фазе, а в звестном - в противофазе, предлагаеый формирователь имеет повышенную стабильность формируемых опорных напряжений при изменении питающего напряжения и повышенную температурную стабильность формируемых опорных напряжений по сравнению с известным.

На чертеже представлена структурная схема формирователя опорных напряжений.

Устройство содержит источник 1 питающего напряжения, источник 2 напряжения смещения, источник 3 опорного напряжения, источник 4 тока, многополюсный повторитель 5 тока, имеющий входную клемму б, общую клемму 7, выходные клеммы 8-11, и который в одной из схем реализации состоит из транзисторов 12-16, опорный транзистор 17, входные клеммы 18, 19 и 20, выходные клеммы 21, 22 и 23 и набор идентичных каскадов 24, 25 и 26,кажый из которых состоит из компенсирующего транзистора 27 и токоведущего транзистора 28, четырехполюсный регулирующий элемент 29, имеющий входную клемму 30, клемму 31 смещения первую выходную клемму 32 и вторую выходную клемму 33 и состоящий из транзисторов 34 и 35. В каждом из каскадов 24, 25 и 26 эмиттер токовеущего транзистора 28 соединен с базой компенсирующего транзистора 27 и соответствующей входной клеммой 18, 19 и 20 устройства. Коллектор токоведущего транзистора 28 соединен с соответствующей выходной клеммой 21, 22 и 23 устройства, а база токоведущего транзистора 28 соединена с коллектором компенсирующего транзистора 27 и соответствующей выходной клеммой 9,10 и 11 многополюсного повторителя 5 тока, общая клемма 7 которого соединена с первым полюсом источника 1.

Формирователь работает следующим образом.

Ток, протекающий через четырехполюсный регулирующий элемент 29 (между его выходными клеммами 32 и 33), втекает во входную клемму б многополюсного повторителя 5 тока и повторяется на его выходных клеммах 8,9 10 и 11.. Изменение напряжения на входной клемме 30 четырехполюсного регулирующего элемента 29 вызывает изменение тока, протекающего через четырехполюсный регулирующий элемент 29, а следовательно и тока, втекающего во входную клемму 6 многополюсного повторителя 5 тока. Указанное напряжение на входной клемме 30 четырехполюсного регулирующего элемента 29 регулируется таким образом, чтобы напряжение было практически равно напряжению источника 2 напряжения смещения, подключенного к клемме 31 смещения четырехполюсного регулирующего элемента 29,и чтобы ток, протекающий через опорный транзистор 17 был равен току,вьщеляющемуся на выходной клемме 8 многополюсного повторителя 5 тока, а сумма токов, протекающих через опорный транзистор 17, четырехполюсный

0 регулирующий элемент 29 и компенсирующие транзисторы 27 каскадов 24, 25 и 26 равнялась току источника 4 тока.

Так как токи, протекающие через

5 опорный транзистор 17 и компенсирующие транзисторы 27 каскадов 24, 25 и 26, равны выходным токам многополюсного повторителя 5 тока, выделяющимся на его выходных клеммах

0 8,9,10 и 11, а выходные токи многополюсного повторителя 5 тока равнь друг другу, то напряжения базаэмиттер упомянутых транзисторов также равны друг другу, что влечет за собой равенство опорных напряжений,

5 формируемых на входных клеммах-18, 19 и 20 формирователя, напряжению источника 3 опорного напряжения,подключенного к базе опорного транзистора 17.

0

, Изменение напряжения на выходных клеммах 8,9,10 и 11 многополюсного повторителя 5 тока, вызываемое .изменением напряжения источника 1 питающего напряжения, влечет за собой

5 изменение токов утечек между выходными клеммами 8-11 и входной клеммой 6 многополюсного повторителя 5 тока, причем указанные изменения токов утечек в реальном случае не

0 равны друг другу.. .

За счет введения четырехполюсного регулирующего элемента 29 изменение тока утечки многополюсного повторителя 5 тока воздействующего на какой-либо каскад {24,25-и 26),не вле5чет за собой изменение эмиттерных токов компенсирующих транзисторов (27) в других каскадах. Так,нап1зимер, за счет изменения тока утечки между выходной клеммой 9 многополюс0ного повторителя 5 тока, связанной с компенсирующим транзистором 27 каскада 24, и входной клеммой 6 того же многополюсного повторителя 5 тока изменяется ток, втекающий во входную

5 клемму 6 многополюсного повторителя 5 тока. За счет действия отрицательной обратной связи по контуру: входная клемма б многополюсного повторителя 5 тока, выходная клемма 8 многополюсного повторителя 5 тока,

0 входная клемма 30 четырехполюсного регулирующего элемента 29, выходная клемма 33 четырехполюсного регулирующего элемента 29, ток,протекающий через четырехполюсный регули5рукадиЯ элемент 29 (между его выход ными клеммами 32 и 33), меняется т ким образом, чтобы скомпенсировать изменение тока, втекающего во вход ную клемму 6 многополюсного повторителя 5 тока, вызванное изменение упомянутого тока утечки между выхо ной клеммой 9 и входной клеммой 6 многополюсного повторителя 5 тока. В конечном итоге эмиттерный ток компенсирующего транзистора 27 кас када 24 увеличивается на величину изменения тока утечки между выходной клеммой 9 и входной клеммой б многополюсного повторителя 5 тока (произошло увеличение упомянутого тока утечки), ток, протекающий чер четырехполюсный регулирующий элеме 29 {меходу его выходными клеммами 32 и 33), уменьшается на ту же вел чину, а токи, протекающие через компенсирующие транзисторы 27 оста ных каскадов 25, 26 и через опорны транзистор 17, не изменяются по ве личине. В результате изменения эмиттерн токов компенсирующих транзисторов каскадов 24, 25, 26 и изменение эм тарного тока опорного транзистора 17 под воздействием изменений токо утбчек, возникающ1гх между выходным клeммa 5и 8,9,10,11 и входной клеммой 6 многополюсного повторителя 5 тока, будут следующими. При анализ полагаем, что входной ток четырехполюсного регулирующего элемента 2 на его входной клемме 30 мал по сравнению с током, протекающим чер опорный транзистор 17. Изменение эмиттерного тока опор ного транзистора 17: S-6 Тр17 Д-J йЗо -1 П4-2. изменения эмиттерных токов компенсирующих транзисторов 27 каскадов 24, 25 и 26: , Трат KCIQVL24 9-6 (SJ ) (2/ 0-fe ьз®; Трй7.каск15 ; -Тр{17,каск.2Ь 1-1-6 Н ) и-1 А-, где aj,,. 1 uJy изменения токов утечек между выходными клеммами 8,9,10,11 и входной клеммой 6 многополюсного повторителя 5 тока; п - число каскадов. При изменении температуры окружающей среды, в случае, если зафиксировано напряжение источника 1 питающего напряжения, токи утечек меж .выходными клеммами 8,9,10,11 и вход НОЙ клеммой б многополюсного повторителя 5 тока изменяются, что влечет за собой изменение эмиттерных токов, протекающих через компенсирующие транзисторы 27 каскадов 24,25,26 и опорный транзистор 17. Результирующие изменения эмиттерных токов, протекающих через упомянутые транзисторы, определяются соотношениями (1), (2), (3), (4). изменение тока, протекающего через четырехполюсный регулирующий элемент 29 (между его выходными клеммами 32 и 33), определяется соотношением : -,29 Г тр17/ Tp/i7n;atsta4 / Гр17жаск05 -оэ -1 } / ---/ .. T9l7))ccicic261 tl+-l 9-69-6 10-611-6 ) J Напряжение источника 2 напряжения смещения выбирается таким образом, чтобы напряжение на входной клемме 30 четырехполюсного регулирующего элемента 29, соединенной с выходной клеммой 8 многополюсного повторителя 5 тока и коллектором опорного транзистора 17, было практически равным напряжениям на выходных клеммах 9,10 и 11 многополюсного повторителя 5 тока, соединенных с коллекторами компенсирующих транзисторов 27 и базами токоведущих транзисторов 28 соответствующих каскадов 24,25 и 26. В результате ток, протекающий через опорный транзистор 17, согласован по величине с лучшей степенью точности с токами, протекающими через компенсирующие транзисторы 27 каскадов 24, 25 и 26, а следовательно, -формируемые на входных клеммах 18,19 и 20 формирователя, опорные напряжения с большей степенью точности согласованы по величине с напряжением источника опорного напряжения 3, т.е. повышается точность формирования опорных напряжений . Формула изобретения Формирователь опорных напряжений по авт.св. № 780187, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и ctaбильнocти формирования опорных напряжений, в него введены источник напряжения смещения и четырехполюсный регулирующий элемент с ВХОДНОЙ клеммой, клеммой смещения и двумя выходными клеммами, причем входная клемма регулирующего элемента соединена с коллектором опорного транзистора и соответствующей выходной клеммой многополюсного повторителя тока, клемма смещения регулирующего элемента подключена к первой шине источника напряжения смещения, вторая шина которого соединена со второй шиной источника питания, первая выходная клемма регулирующего элемента соединена с выходом источника тока, эмиттерами компенсирующих транзисторов каскадов и эмиттером опорного транзистора, а вторая выходная регулирующего элемента подключена к входной клемме многополюсного повторителя тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 780187, кл. Н 03 К 13/05, 1978.