Источник опорного напряжения

 

ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ , содержащий усилительный транзистор , эмиттер которого подключен к общей ишне, а коллектор через нагрузочный элемент - к выходной клемме регулирующий транзистор, эмиттер которого подключен к выходной клемме, коллектор через резистор подключен к общей шине, а база подключена к коллектору усилительного транзистора, резистивный делитель, первый резистор которого одним концом подключен к выходной клемме, второй .резистор включен между коллектором регулирующего и базой усилительного транзисторов , о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения температурной стабильности выходного напряжения, он снабжен дополнительньФ транзистором , база которого соединена с базой усилительного транзистора, коллектор i соединен с другим концом первого реСП зистора дeлитeJlЯ, и двумя резисторами , один из которых включен эмиттером дополнительного транзистора и общей шиной, а второй - между базой и коллектором дополнительного трайзистора .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5П 6 05 F 1/56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ. СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3465797/24-07 (22) 31 05.82 (46) 23. 09. 83. Бюл. Р 35 (72) П. Ф. Вибе (71) Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (53) 621. 31 6. 722. 1 (088.. 8) (56) 1. Полянин К.П. Интегральные стабилизаторы напряжения. МР Энергия.",, 1979, с. 75, рис. 3-5б.

2. Авторское свидетельство СССР

: М 866550, кл. Ci 05 F 1/56, 1981.

3. Арефьев A.À. и др. Радиотехнические устройства на транзисторных эквивалентах р-п-р-и структуры. М., Радио и связь, 1982, с. 81, рис. 5.3. (54)(57) ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯ))(ЕНИЯ,:содержащий усилительный транзистор, эмиттер которого подключен к общей шине, а коллектор через Нагрузочный элемент - к выходной клемме, -„„SU„„10 А регулирующий транзистор, эмиттер которого подключен к выходной клемме, коллектор через резистор подключен к общей шине, а база подключена к коллектору усилительного транзистора, реэистивный делитель, первый резистор которого одним концом подключен к выходной клемме, второй,резистор включен между коллектором регулирующего и базой усилительного транзисторов, отличающийся тем, что, с целью повышения температурной стабильности выходного напряжения, он снабжен дополнительным транзистором, база которого соединена с базой усилительного транзистора, коллектор Р соединен с другим концом первого резистора делителя, и двумя резисторами, один иэ которых включен эмиттером дополнительного транзистора и общей шиной, а второй — между базой и коллектором дополнительного трайзистора. .Ф

1043611

dU duS ДФд зыби

Устройство относится к технике стабилизации постоянного напряжения и может быть использовано в качестве источника опорного напряжения в устройствах электропитания, автоматики, вычислительной и измерительной 5 техники.

Известен источник опорного напря-, жения на основе прямо смещенных р-и переходов, позволяющий получить низкое термостабильное напряжение по- )Q рядка 1,3 В 513.

Недостатком устройства является невозможность регулирования выходного напряжения.

Известен источник опорного напря- жения с регулируемым выходным напряжением на основе прямо смещенных р-и переходов Е2 3, Недостатком устройства является высокий уровень минимального выходного напряжения — 2,6 B.

Кроме того, недостатком этих устройств является условие, при котором для точной термокомпенсации необходимо обеспечить идентичность парамет- 25 ров минимально трех транзисторов.

Это ограничивает целесообразность изготовления подобных устройств твердотельной технологией. В широко распространенной гибридно-пленочной 30 технологии возможно использовать лишь сборку из двух транзисторов с идентичными параметрами, выпускаемую в бескорпусном варианте.

Наиболее близким к изобретению является источник опорного напряжения, содержащий усилительный транзистор, эмиттер которого подключен к общей шине, а коллектор через нагрузочный элемент — к выходной клемме, 4О регулирующий транзистор, эмиттер которого подключен к выходной клемме, коллектор через резистор подключен к общей шине, а база подключена к коллектору усилительного транзистора 45 и резистивный делитель, включенный между выходной клеммой и коллектором регулирующего транзистора и средней точкой соединенный с базой усилительного транзистора.

Устройство позволяет получить весьма близкое к нулю динамическое сопротивление в широком диапазоне токов нагрузки, а изменение коэффициента передачи делителя позволяет регулировать выходное напряжение от . 55

1,3 В до напряжения пробоя транзисторов (3 3.

Недостатком известного устройства является низкая температурная стабильность выходного напряжения, Дей- 69 ствительн6, выходное напряжение UB6lx складывается из напряжения базаэмиттер усилительного транзистора

U и падения напряжения на верхнем плече резистивного делителя. ПоследSs

1 нее не зависит от температуры и тог.да температурная стабильность выходного напряжения определяется зависи- мостью 06 от температуры, составляющей около 2,2 мВ/К. Математически

Э1 можно записать следующим образом

R +R

"ь "* "л

Н где K* - коэффициент передачи ре.зистивного делителя)

R+, R> — сопротивление верхнего и

1 нижнего плеча реэистивного делителя соответственно.

Зависимость 0 эь от температу ы может быть представлена в виде

При использовании тонкопленочных или прецизионных дискретных резисторов в делителе значением дК tdT можно пренебречь. Тогда что в относительных единицах составляет 0,34%/К.

Метод термокомпенсации с использованием дополнительного высокостабиль ного источника напряжения зачастую принципиально неприемлем, к тому же не позволяет получить высокой ста . бильности динамического сопротивления и выходного напряжения, особенно при малых токах нагрузки (менее 10 мА)

Белью изобретения является повышение температурной стабильности выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что источник опорного напряжения, содержащий усилительный транзистор, эмиттер которого подключен к общей шине, а коллектор через нагрузочный элемент - к выходной клемме, регулирукиций транзистор, эмиттер которого подключен к выходной клевые, коллек» тор через резистор подключен к общей, шине, а база подключена к коллектору.. усилительного транзистора,резистивный делитель, первый резистор которого одним концом подключен к выходной клемме, второй. резистор включен между коллектором регулирующего и базой усилительного транзисторов, снабжен дополнительным транзистором, база которого соединена с базой усилительного транзистора, коллектор соединен с другим концомтпервого резистора делителя, и двумя резисторами, один из которых включен между эмиттером дополнительного транзистора и общей шиной, а второй - между базой и коллектором дополнительного тразистора.

1043611 вь х .В 6 1

7 1R +Р+R

На чертеже представлена схема источника опорного напряжения.

Устройство содержит усилительный транзистор 1, коллектор которого через нагрузочный элемент 2 подключен к выходной клемме, .регулирующий 5 транзистор 3, коллектор которого. через резистор 4 подключен к общей шине, резистивный делитель, состоящий из" резисторов 5 и 6 и дополнительного резистора.7, дополнительный 30 . транзистор 8, в эмиттерной цепи которого включен второй дополнительный резистор 9.

Устройство работает следующим образом. 15

Транзистор 1, является одновременно измерительным и усилительным элементом, вырабатывает разностный сигнал между напряжением база-эмит-, тер и выходньм напряжением 0е„«, пос-20 тупающим на.базу этого транзистора .через элементы резистивного делителя 5 и 7, усиливает этот сигнал и подает на базу транзистора 3. При этом сопротивление участка коллектор-25 эмиттер транзистора 3 изменяется

t таким образом, что, Uzz« остается постоянньм в широком диапазоне тока нагрузки. Резистор 4 создает положительную обратНую связь по току, что позволяет получить нулевое динамическое сопротивление. Величина этого резистора составляет 5-10 Ом, поэтому падение напряжения на нем составляет несколько мВ. 35 .

Выходное напряжение складывается из напряжения база-эмиттер усилительного транзистора 1 -О „ и падения напряжения на резисторах 5 и 7.

Падение напряжения на резисторе 7 40 .не зависит от температуры в первом приближении, напряжение .0в имеет отрицательный температурный коэффи1 циент с(=-2,2 мВ/К. Значит для температурной компенсации необходимо, чтобы падение напряжения на резисторе 5 имело положительный температурный коэффициент, по модулю равный.oL, Для этого коллекторный ток дополнительного транзистора 8 должен иметь;, положительный температурный коэффициент, что обеспечивается определенным соотношением плотности тока через эмиттерные переходы транзисторов. 1 и 8 и соотношением сопротивлений резисторов 5 и 9. " 55

При этом температурный коэффици ент выходного напряжения может иметь как положительное, тока и отрицательное значение в зависимости от соотно.шения температурных коэффициентов 40 напряжейия на переходе база-эмиттер .

Усилительного транзистора 1 и на реэисторе 5, причем точность компенсации зависит от точности задания параметров элементов 1, 8, 5 и 9.

Для иллюстрации процессов, свяэлйных с изменением температуры,. примем несколько допущений: а) параметры транзисторов. 1 и 8 идентичны, это возможно при использовании пары транзисторов в одном кристалле; б) падение напряжения на резисторе 4 пренебрежимо мало в сравнении с напряжением база-эмиттер; в) ток базы транзисторов 1;и 6 пренебрежимо мал в сравнении с током делителя 5, 7 и б, такой режим может быть обеспечен соответствующим выбором типа транзисторов и сопротивлейий резистивного >делителя.

Приведенные допущения .не влияют на общность рассуждений, see эти факторы можно учесть при более сложных и точных расчетах.

Выходное напряжение источника опорного напряжения определяется выражением вых Ьэ„ т 5 Ф где 0 Ц 0 — напРЯжениЯ на пеРе1!

1 ходе база-эмиттер транзистора 1 и на резисторах 7 и

5 соответственно.

Напряжения О и () рассчитываются следующим образом

I где 38 — коллекторный ток транзистора 8.

Учитывая, что базовый ток транзис-. тора & пренебрежимо мал, то

9 (е .9

Г где 0 - падение напряжения на резис9 торе 9.

В случае Идентичности параметров транзисторов 1 и 8.

О =Ч,Pn(3 Рэ ), (s) где Ч = 7/g. — температурный потенци- алу

Т - коллекторный ток тран1 зистора 1.

Подставляя выражения (2) †(5) в (1), получим: 1+ (n(„ / в) k„a2, ф (5 6 7)/6 2 9

Температурная стабильность 0 „ с учетом того, что

34. dt

, 2 2О, 37

1043611 равна

Обозначим

8U бэ1

8Т

Е (3„/38) 20

Тогда условие (8) перепишется в виде

Составитель Н. Ворновицкая

Редактор Н. Бобкова Техред C.ригунова Корректор Ю.Макаренко

Заказ 7336/50 Тираж 874 Подписное .ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и,открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, r.Óæãîðoä, ул.Проектная,4 аО ж, 3 В .

= — a — Cn и Ф Чр, у вых

dT dT " Я 8 " 8 (ч) 5

Иэ выражений (4) и (5) следует аэ э еп (э„)э ) r+ S 8) I

Тогда, для того чтобы а70э, „ t 3< = О, необходимо

15, (8) Задаваясь токами 3„ и 3, можно рассчитывать необходимое значение

К для условия полной термокомпенса- 30 ции ю . ъ= „(з„э ) <" )

Решая совместно уравнения (6) и (10) можно определить зависимость

" величины термокомпенсированного нап.ряжения Оць,„ от параметров схемы о и -и ж

Ы.T 1с "о "*

Учитывая, что о(Т» 0, получим

3 .1

"вых =%э о 1 к3

Из равенства (11) слеДует, что для заданного К3 и значения К, определенного из равенства (10), величи-

;на термокомпенсированного напряжения .может перестраиваться в широких пре делах изменением величины К, что осуществляется изменением величины резисторов 6 или 7..

Иэ равенства (11) с учетом предыдущего также следует, что минимальная величина Оэь,„ получается при возможно большйк значениях К и

R„= 0 и составляет 1,6 В при (3„/ЗЭ) =

=10.

Предлагаемое устройство имеет низкое выходное сопротивление - менее

0,1 Ом в диапазоне токов нагрузки

1 — 10 мА, малое количество элементов, определяющее высокую надежность и малые массу и габариты, возможность изготовления на основе гибридно-пленочной технологии, получившей широкое распространение. и характеризующейся невысокими затратами на освоение производства.

Использование предлагаемого источника опорного напряжения в устройствах электропитания, автоматики, вы- ,числительной и измерительной техники позволит повысить точность работы и другие технико-экономические пока-. затели этих устройств.