Низковольтный опорный элемент

 

Использование: во вторичных источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры , где требуются повышенная надежность и низкое динамическое сопротивление на высоких частотах. Сущность изобретения: устройство содержит пять транзисторов, шесть резисторов, конденсатор . Эмиттеры транзисторов, кроме четвертого , соединены с вторым выводом устройства. Коллекторы транзисторов, кроме пятого, соединены с первым выводом устройства через соответствующие резисторы . Коллектор пятого транзистора соединен с первым выводом непосредственно База последующего транзистора соединена с коллектором предыдущего транзистора База первого транзистора соединена с коллектором своего транзистора через пятый резистор Соединение эмиттера четвертого транзистора с вторым выводом через шестой резистор, а с первым выводом через конденсатор позволяет упростить схему и уменьшить выходное динамическое сопротивление на высоких частотах. 1 ил сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (19) ((1) (si)s G 05 F 3/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4828757/07 (22) 23.03.90 (46) 23.07.92. Бюл. № 27 (71) Специальное конструкторское бюро по приборостроению и средствам автоматизации (72) Н.И.Коровин (56) Авторское свидетельство СССР

N 1146646, кл, G 05 F 3/22, 1985, Патент США № 4059793, кл. G 05 F 1/56, 1977, Патент США

¹ 4399398, кл. G 05 F 1/613, 3/20, 1983, (54) НИЗКОВОЛЬТНЫЙ ОПОРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ (57) Использование: во вторичных источниках электропитания радиоэлектронной аппаратуры, где требуются повышенная надежность и низкое динамическое сопроИзобретение относится к прецизионным термостабильным низковольтным, опорным элементам и может быть использовано, например, в преобразователях давления в токовый сигнал 4 — 20,мА, цифровых вольтметрах и т.д, Известен низковольтный опорный элемент, содержащий первый — четвертый транзисторы, база каждого последующего транзистора соединена с коллектором предыдущего, а база первого транзистора соединена с коллектором этого транзистора, два вывода, первый из которых соединен через первый — третий резисторы с коллектором соответствующих транзисторов и непосредственно с коллектором четвертого трайзистора, второй вывод соединен через тивление на высоких частотах. Сущность изобретения; устройство содержит пять транзисторов, шесть резисторов, конденсатор. Эмиттеры транзисторов, кроме четвертого, соединены с вторым выводом устройства, Коллекторы транзисторов, кроме пятого, соединены с первым выводом устройства через соответствующие резисторы, Коллектор пятого транзистора соединен с первым выводом непосредственно, База последующего транзистора соединена с коллектором предыдущего транзистора. База первого транзистора соединена с коллектором своего транзистора через пятый резистор. Соединение эмиттера четвертого транзистора с вторым выводом через шестой резистор, а с первым выводом через конденсатор позволяет упростить схему и уменьшить выходное динамическое сопротивление на высоких частотах. 1 ил. четвертый резистор с эмиттером первого транзистора и непосредственно с эмиттерами второго — четвертого транзисторов, конденсатор, включенный между коллектором и базой второго транзистора.

Это известное устройство имеет два недостатка: малую точность из-за большого базового тока второго транзистора, рабатак)щего при большем коллекторном токе па сравнению с первым транзистором, а также из-за малого коэффициента усиления усилителя-рассогласованйя, чтб вызвано малым количеством транзисторов; большое динамическое сопротивление, особенно на высоких частотах из-за малого количества транзисторов усилйтеля рассотласования-, а также из-за включения конденсатора, сни1749894 жающего полосу пропускания усилителя рассогласования.

Известен и низковольтный опорный элемент, содержащий два транзистора, три резистора и операционный усилитель. Это устройство имеет два недостатка; сложность и малую надежность из-за наличия операционного усилителя; большое динамическое сопротивление на высоких частотах из-за малой полосы пропускания операционного усилителя.

Наиболее близким к изобретению является низковольтный опорный элемент, содержащий пять транзисторов одного типа проводимости, шесть резисторов; конденсатор и два вывода, причем первый вывод соединен с базой первого транзистора через первый резистор, с коллектором второго и базой третьего транзисторов — через второй резистор, с коллектором третьего и базой четвертого транзисторов — через третий резистор, с коллектором четвертого и базой пятого транзисторов — через четвертый резистор, с коллектором пятого транзистора непосредственно, а второй вывод соединен с эмиттерами первого и третьего транзисторов непосредственно.

Первым недостатком известного низковольтного опорного элемента является сложность и пониженная надежность из-за наличия седьмого резистора. Вторым недостатком этого устройства является большое динамическое сопротивление особенно на высоких частотах из-за снижения коэффициента усиления усилителя рассогласования, вызванного включением резистора в эмиттерйую цепь второго транзистора, а на высоких частотах также из-за включения конденсатора между коллектором и базой четвертого транзистора.

Цель изобретения —. повышение надежности и снижение динамического сопротивления на высоких частотах.

Поставленная цель достигается тем, что коллектор первого транзистора соединен через пятый резистор с базой этого же транзистора и с базой второго транзистора непосредственно; эмиттеры второго и пятого транзисторов соединены с вторым выводом непосредственно, эмиттер четвертого транзистора соединен с вторым выводом через шестой резистор, а с первым выводом— через конденсатор.

Изобретение иллюстрируется примером электрической принципиальной схемы по чертежу.

Низковольтный опорный элемент содержит первый-пятый транзисторы 1-5, первый — шестой резисторы 6 — 11, конденсатор 12, первый 13, второй 14 выводы, Балластный резистор 15 и источник напряжения постоянного тока 16 непосредственно в элемент не входят и являются элементами внешнего обрамления (интерфейса), База

5 каждого последующего транзистора соединена с коллектором предыдущего, база первого транзистора 1 присоединена к общей точке первого 6 и пятого 10 резисторов, Последовательная RC-цепь из шестого рези10 стора 11 и конденсатора 12 включена между вторым 14 и первым 13 выводами, эмиттер транзистора 4 соединен с отводом RC-цепи, эмиттеры транзисторов 1 — 3, 5 соединены непосредственно с вторым выводом 14, пер15 вый вывод 13 соединен через второй — четвертый резисторы 7 — 9 коллекторами соответствующих транзисторов 2 — 4 и непосредственно с коллектором пятого транзистора 5. База первого транзистора 1

20 соединена через первый резистор 6 с первым выводом 13 и через пятый резистор 10 с коллектором этого же транзистора. Датчик низковольтного опорного элемента выполнен на транзисторах 1, 2, резисторах 6, 7, 10.

25 усилитель сигнала рассогласования выполнен на транзисторах 3-5, резисторах 8, 9.

11, конденсаторе 12, При дальнейшем рассмотрении токами баз транзисторов будем пренебрегать.

30 Устройство работает следующим образом.

Устройство работает в линейном режиме, т,е. все транзисторы проводят ток, при этом все устройство охвачено отрицатель35 ной обратной связью. Транзистор 1 работает в так называемом послеграничном режиме, т.е, при потенциале базы выше потенциала коллектора на величину падения напряжения на резисторе 10. Коллекторный

40 ток транзистора 1 выбран больше тока транзистора 2, например, в 10 раз, что осуществляется выбором сопротивления резистора

7 R7 в 10 раз большей величины (для данного примера); чем сумма сопротивлений ре45 зисторов 6, 10, т,е, 10 (R6 + R10) = R7.

Сопротивления резисторов 7, 8 целесообразно выбирать равными. Этим обеспечивается равенство коллекторных токов транзисторов 2, 3 и равенство их база-эмит50 терных напряжений, Это позволяет сигнал рассогласования между коллекторами транзистров 1, 2 удерживать на нулевом уровне.

Предположим, что напряжение между первым и вторым выводами повысилось сверх

55 номинального (необходимого) значения.

Это приводит к большему отпиранию транзисторов 1, 3, 5, коллекторный ток транзистора 5 увеличивается, что приводит к уменьшению стабилизируемого напряжения до номинального. Аналогично устройст1749894 во работает и при понижении стабилизируемого напряжения между выводами 13, 14.

Сопротивление резистора 11 мало, и оно практически не уменьшает коэффициент усиления усилителя рассогласования, что способствует повышению точности работы устройства и снижению динамического сопротивления, При появлении высокочастотных наводок на выводе 13 относительно вывода 14 эти наводки шунтируются последовательной RC-цепью из резистора 11 и конденсатора 12. Выделяемая на резисторе

11 часть этой помехи усиливается транзисторами 4, 5 и воздействует на первый вывод 13 в виде отрицательной обратной связи по переменной соответствующей помехи (наводки). Таким образом, в устройстве применено как пассивное, так и активное подавление высокочастотных помех и наводок, Это приводит к уменьшению динамического сопротивления на высоких частотах.

Что же касается принципа термостабилизации напряжения, то он заключается в следующем. Стабилизируемое напряжение является суммой двух составляющих напряжений; падения напряжения на эмиттернобазовом переходе транзистора 2, имеющего отрицательный температурный коэффициент и падение напряжения на последовательно соединенных резисторах, имеющего положительный температурный коэффициент.

Устройство проектируется так, чтобы упомянутые коэффициенты разного знака были равны по модулю, Математически это равенство можно записать следующим образом:

Ео 1-1эб К К R6 . R7

+2 — = — (— +1) Ь

Т q q R10 R6+R10 ,(1) где Т вЂ” абсолютная температура;

К вЂ” постоянная Больцмана;

q — заряд электрона;

Ео — ширина запрещенной зоны материала полупроводника при абсолютном нуле, равное 1205 тВ;

-0 6 — падение напряжения на эмиттерно-базовом переходе транзистора 2, Преобразуя выражение (1), можно получить

1-1ст =Оэб+ — Т (+1) In

K . . Я6 . R7

q R10 R6+R10

-Ео+2 — Т

К . (2) ч

Подставляя в выражение (2) численные константы при Т = TH, можно получить

0ст = 1255,5 тВ

Практические эксперименты с низковольтным опорным элементом в части термостабильности показывают, что оптимальным значением напряжения стабилизации является величина 1248 тВ.

Предложенное устройство имеет на один резистор меньше по сравнению с прототипом, и поэтому оно обладает большей надежностью, Оно имеет как пассивную, так и активную фильтрацию высокочастотных помех, широкую полосу пропускания усилителя рассогласования, в связи с чем оно имеет малое динамическое сопротивление и на высоких частотах.

Экспериментальная проверка низковольтного опорного элемента показала практическое соответствие теоретических и экспе риме нтал ьн ых да н н ых.

Формула изобретения

Низковольтный опорный элемент, содержащий пять транзисторов одного типа проводимости, шесть резисторов, конденсатор и два вывода, причем первый вывод соединен с базой первого транзистора через первый резистор, с коллектором второго и базой третьего транзисторов через второй резистор, с коллектором третьего и базой четвертого транзисторов через третий резистор, с коллектором четвертого и .базой пятого транзисторов через четвертый резистор, с коллектором пятого транзистора непосредственно, а второй вывод соединен с эмиттерами первого и третьего транзисторов непосредственно, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения надежности и снижения динамического сопротивления на высоких частотах, коллектор первого транзистора соединен с базой этого же транзистора через пятый резистор. а с базой второго транзистора непосредственно, эмиттеры второго и пятого транзисторов соединены с вторым выводом непосредственно, эмиттер четвертого транзистора соединен с вторым выводом через шестой резистор, а с первым выводом через конденсатор, 1749894

Составитель Н,Коровин

Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор М.Максимишинец

Редактор О,Стенина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2596 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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