Двухполярный источник напряжения

Авторы патента:

G05F1/56 - с использованием в качестве оконечных управляющих устройств полупроводниковых приборов, соединенных последовательно с нагрузкой

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована для питания различных электронных устройств, например, операционных усилителей, аналого-цифровых преобразователей, цифроаналоговых преобразователей.

Техническим результатом является обеспечение высокой температурной стабильности выходного напряжения (широкого диапазона рабочих температур) при одновременном расширении диапазона выходных напряжений, а значит и расширение функциональных возможностей устройства как источника напряжения.

Двухполярный источник напряжения содержит два операционных усилителя, два стабилитрона и четыре резистора. 1 ил. 1 п. ф-лы.

Уровень техники

Известен двухполярный источник напряжения, содержащий стабилизаторы напряжения положительной и отрицательной полярности, выполненные соответственно на первом и втором операционных усилителях, при этом выходы усилителей являются выходами соответствующих стабилизаторов напряжения, выход первого усилителя через стабилитрон и резистор соединен соответственно с инвертирующими входами первого и второго усилителей, выход второго усилителя через резисторы соединен со входами первого усилителя, а неинвертируюший вход второго усилителя соединен с общим выводом источника («Электроника», 1975, 4, с.51-57).

Недостатком известного устройства является ограниченные функциональные возможности, не позволяющие получить на выходах источника напряжение, менее напряжения опорного стабилитрона.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятый авторами за прототип, является двухполярный источник напряжения (Авторское свидетельство СССР 875362, Кл. G05F 1/56, 1981) содержащий стабилизаторы напряжения положительной и отрицательной полярности, выполненные соответственно на первом и втором операционных усилителях, при этом выходы усилителей являются выходами соответствующих стабилизаторов напряжения, выход первого усилителя через стабилитрон и резистор соединен соответственно с инвертирующими входами первого и второго усилителей, выход и инвертирующий вход второго усилителя через резисторы соединены с неинвертирующим входом первого усилителя, а неинвертирующий вход второго усилителя соединен с общим выводом источника, инвертирующий вход первого усилителя, через резистор, подключен к выходу второго усилителя.

Недостатком данного двухполярного источника напряжения являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные:

- низкой температурной стабильностью выходного напряжения (узким диапазоном рабочих температур) в случае широкого диапазона выходных напряжений;

- узким диапазоном выходных напряжений при высокой температурной стабильности (широком диапазоне рабочих температур).

Раскрытие полезной модели

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели сводится к расширению функциональных возможностей, обусловленных обеспечением высокой температурной стабильности выходного напряжения (широкого диапазона рабочих температур) при одновременном расширении диапазона выходных напряжений.

Технический результат достигается тем, что в двухполярный источник напряжения, содержащий стабилизаторы напряжения положительной и отрицательной полярности, выполненные соответственно на первом и втором операционных усилителях, при этом выходы усилителей являются выходами соответствующих стабилизаторов напряжения, выход первого усилителя через первый стабилитрон и второй резистор соединен соответственно с инвертирующими входами первого и второго усилителей, выход и инвертирующий вход второго усилителя, соответственно, через четвертый и третий резисторы соединены с неинвертирующим входом первого усилителя, а неинвертирующий вход второго усилителя соединен с общим выводом источника, инвертирующий вход первого усилителя, через первый резистор, подключен к выходу второго усилителя, введен второй стабилитрон однотипный первому, причем второй стабилитрон включен встречно первому стабилитрону катодом к инвертирующему входу первого операционного усилителя, а анодом к аноду первого стабилитрона.

Краткое описание чертежей

На фиг представлена функциональная схема двухполярного источника напряжения.

Осуществление полезной модели

Двухполярный источник напряжения содержит дифференциальные усилители 1 и 2, источник опорного напряжения на однотипных лавинных стабилитронах 3, 4, включенных встречно и ограничительном резисторе 5, делитель напряжения на резисторах 6, 7 и 8 включенный между выходами дифференциальных усилителей 1 и 2.

Выход усилителя 1 через однотипные встречно включенные стабилитроны 3, 4 и резистор 6 соединен соответственно с инвертирующими входами усилителей 1 и 2. Выход и инвертирующий вход усилителя 2, соответственно, через резисторы 8 и 7 соединены с неинвертирующим входом усилителя 1, а неинвертирующий вход усилителя 2 соединен с общим выводом источника. Инвертирующий вход усилителя 1, через резистор 5, подключен к выходу усилителя 2, введен второй стабилитрон однотипный первому, причем второй стабилитрон включен встречно первому стабилитрону катодом к инвертирующему входу первого операционного усилителя, а анодом к аноду первого стабилитрона.

Двухполярный источник напряжения работает следующим образом.

Если не учитывать при оценке работы устройства неидеальность параметров дифференциальных усилителей 1 и 2, и считать внутреннее сопротивление стабилитронов 3, 4 равным нулю, то коэффициент передачи К дифференциального усилителя 2 равен

где номера резисторов соответствуют номерам элементов на схеме. При выполнении условия

выходные напряжения операционных усилителей U_вых1,U_вых2 равны между собой и противоположны по знаку, а величины этих напряжений изменяются в зависимости от коэффициента деления делителя в пределах [U_ст;U_ст/2], где U_ст напряжение стабилизации стабилитрона.

В случае прототипа, приемлемая температурная стабильность выходного напряжения обеспечивается при использовании в качестве стабилитрона 3, стабилитрона с напряжением стабилизации близким к 6 В. Так как лишь в этом случае стабилитроны имеют температурный коэффициент напряжения стабилизации стремящийся к нулю (см. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. - М.: Мир, 1998 г., с.350). Соответственно, выходное напряжение может принимать значение в пределах [6; 3] В. При других напряжениях стабилизации, значительный температурный коэффициент напряжения стабилизации приводит к ограничению диапазона рабочих температур устройства.

Использование в качестве стабилитрона 3 лавинного стабилитрона, то есть стабилитрона с напряжением стабилизации более 6 В, характеризуемого положительным коэффициентом напряжения стабилизации (см. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. - М.: Мир, 1998 г., с.351), и стабилитрона 4, однотипного стабилитрону 3, но включенного ему встречно (в прямом направлении), а значит характеризуемого отрицательным коэффициентом напряжения стабилизации (см. Китаев В.Е., Бокуняев А.А., Колканов М.Ф. Электропитание устройств связи. - М.: Связь, 1975 г., с.184), обеспечивает взаимную компенсацию коэффициентов напряжения стабилизации стабилитронов 3, 4, а значит и расширение диапазона рабочих температур устройства.

Двухполярный источник напряжения, содержащий стабилизаторы напряжения положительной и отрицательной полярности, выполненные соответственно на первом и втором операционных усилителях, при этом выходы усилителей являются выходами соответствующих стабилизаторов напряжения, выход первого усилителя через первый стабилитрон и второй резистор соединен соответственно с инвертирующими входами первого и второго усилителей, выход и инвертирующий вход второго усилителя соответственно через четвертый и третий резисторы соединены с неинвертирующим входом первого усилителя, а неинвертирующий вход второго усилителя соединен с общим выводом источника, инвертирующий вход первого усилителя через первый резистор подключен к выходу второго усилителя, отличающийся тем, что в устройство введен второй стабилитрон, причем второй стабилитрон однотипный первому стабилитрону и включен встречно первому стабилитрону, катодом - к инвертирующему входу первого операционного усилителя, а анодом - к аноду первого стабилитрона.