Источник опорного напряжения

 

Область использования: в низковольтных измерительных приборах. Сущность изобретения: устр-во содержит пять транзисторов 1-5, шесть резисторов 6-11, причем база последующего транзистора соединена с коллектором предыдущего, эмиттеры транзисторов 1,2,3 и 5 соединены с первым выходным выводом. В устр-во введена цепь последовательно согласно соединенных транзисторных диодов 14 и 15 и резистор 12, которая включена между вторым выходным выводом и одним из выводов резистора 7. Такое построение схемы повышает точность и термостабильность опорных напряжений . 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4885274/07 (22) 26.11.90 (46) 23.05.93. Бюл. N. 19 (71) Специальное конструкторское бюро по приборостроению и средствам автоматизации (72) Н.И,Коровин (56) Патент США М 4059793, кл. G 05 F 1/56, 1977.

Авторское свидетельство СССР

М 1749894, кл. 6 05 Р 1/56, 1990. (54) ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Область использования: в низковольтных измерительных приборах. Сущность

„„ Щ „„1817074 А1

{я>з G 05 F 1/56 изобретения: устр-во содержит пять транзисторов 1 — 5, шесть резисторов 6-11, причем база последующего транзистора соединена с коллектором предыдущего, эмиттеры транзисторов 1, 2, 3 и 5 соединены с первым выходным выводом. В устр-во введена цель последовательно согласно соединенных транзисторных диодов 14 и 15 и резистор

12, которая включена между вторым выходным выводом и одним из выводов резистора

7. Такое построение схемы повышает точность и термостабильность опорных напряжений. 1 ил.

1817074

Изобретение относится к низковольтным стабилизаторам посто нного тока, к так называемым эмиттерно-базовым стабилизаторам напряжения, и может быть использовано в низковольтных измерительных приборах, например во вторичных измерительных преобразователях температуры, давления в унифицированный токовый сигнал 4...20 мА.

Целью изобретения является повышение точности и термостабильности опорного напряжения (выбираемого из дискретного ряда).

На чертеже изображена схема предложенного устройства в качестве примера конкретного выполнения.

Устройство содержит первый-пятый 15 транзисторы соответственно, первыйседьмой 6-12 резисторы соответственно, конденса гор 13, транзисторные диоды 14 и

15, первый 16 и второй 17 выходные выводы, балластный резистор 18, являющийся внешним. Транзистор 2 и резистор 8 входят как в измерительный элемент, содержащий кроме того транзистор 1 и резисторы 6 и 7, так и в усилитель напряжения рассогласования, включающий кроме того транзисторы 3 — 5, резисторы 9-11 и конденсатор 13. Резистор

11 и конденсатор 13 обеспечивают устойчивую (без генерации) работу усилителя, низкое динамическое сопротивление на высоких частотах, Последовательная цепь из резистора 12, транзисторных диодов 14 и 15, в которой порядок расположения элементов может быть любым, служит для увеличения напряжения стабилизации до любого из значений ряда 2,496; 3,744;

4,992 ... n 1,248 В при сохранении термостабильности выходного напряжения. В дальнейшем описании сопротивление конкретного резистора будем обозначать буквой R с индексом, соответствующим чертежу. Например R6для резистора 6. Коллекторный ток транзистора 1 обозначим через

l1, транзистора 2 — через 12, транзистора 3 — через l3 и т.д. Напряжение в общей точке резисторов 7-9 обозначим 0789.

Устройство работает следующим образом.

В начале рассмотрим получение термостабильного напряжения 0789 = 1,248 В в общей точке резисторов 7-9. Это напряжение складывается иэ падения напряжения на баэоэмиттерном переходе транзистора

2, имеющего отрицательный ТКН (температурный коэффициент напряжения) и падения напряжения U67 на последовательно соединенных резисторах 6 и 7. Для термо.-табильности напряжения U789 в общей точке резисторов 7, 8 и 9 необходимо, чтобы

- (4,29 - d) = О, где д — параметр материала полупроводни«а, принимающий значения 1 5...2,7, в нашем случае для ИМС КР198НТ1Б равен 1,8;

k — постоянная Больцмана;

q — заряд электрона;

Тд — опорная температура, например

ЗООК;

0в (Тн) — падение напряжения на базоэмиттерном переходе транзистора 2 при опорной температуре;

Uro — энергетическая ширина запрещенной зоны кремния при абсолютном нуле, равная 1,170 В;

Вб, R7, RB- сопротивление соответствующих резисторов. напряжение 067 имело положительный ТКН и определенные абсолютные температурные приращения, что достигается выбором сопротивлений Rá, R7 резисторов 6 и 7. По5 ложительныйТКН напряжения U67достигается тем, что режим измерительного элемента выбран таким, что !1 >12. Конкретно в частном случае было принято 11 = 10I2, что обеспечено выбором сопротивлений ре"О зисторов согласно соотношению R8 =

=10{R6+ R7), а кроме того согласно соотношению R8 = R9. В этом практическом варианте устройства было также принято следующее равенство R7 = 1086. Более точ"5 ное соотношение между резисторами выведено ниже. Устройство работает таким образом, что разность падений напряжения между коллекторами транзисторов 1 и 2 поддерживается практически близкой нулю.

20 Примем вначале коэффициенты усиления токов баз транзисторов достаточно высокими, что позволяет пренебречь влиянием базовых токов, В дальнейшем откорректируем расчет с учетом базовых токов транзисто25 ров. На резисторе 6 выделяется разность падений напряжения на базоэмиттерных переходах транзисторов 1 и 2, имеющая положительный TKH. ТКН напряжения U67 также будет положительным, так как спраЗО R6+R7 ведливо соотношение U67 — — — U6.

R6

Токи l1,!2, l3 коллекторов транзисторов

1-3 практически прямо пропорциональны абсолютной температуре, что также можно

35 сказать и о суммарном токе 1123, протекающем через последовательную цепь из транзисторных диодов 15 и 14 и резистора 12.

Минимум ТКН напряжения U789 будет выражен соотношением

40 p7 pg

М+") " гт+чз

1817074

Из выражения (1) с учетом значений параметров — = 0,0862 мВ К; Тя = 300 К;

k -1, d =- 1,8; 0ао = 1,170 В; USE(TR) = 580 мВ; отношения сопротивлений реэисторов — =

R7 5

R6

10 и <исленного значения сопротивления R6

=-196 Ом можно определить сопротивление резистора R8. Численно практически получим: R8 = 10(R6 + R7) = 21.5 кОм, что соот- 10 ветствует приведенным выше данным.

Из выражения (1) можно также определить

Ц

+ не(Тв) = 0оо+ (4,29 - d) — Тя. (2)

Ц

С учетом численных значений получим

U789 = 1,234 В. Учет базовых токов транзисторов (расчет мы опускаем иэ-эа громоэд- 20 кости) приводит к уточнению результата до

0789 = 1,248 В.

Далее рассчитаем напряжение стабилизации устройства в целом. Суммарный ток

l123 коллекторов транзисторов 1-3, как бы- 25 ло отмечено выше, прямо пропорционален абсолютной температуре, что вызывает и такую же зависимость падения напря>кения

U12 на резисторе 12. Напротив, падения напряжений ча базоэмиттерных переходах 30 транзисторных диодов l4 и 15 имеют отрицательный ТКН. Нулевой общий ТКН устройства достигается практическим подбором или расчетом сопротивления R12 резистора 12. В общем виде расчет сопро- 35 тивления резистора 12 приводить не будем ввиду громоздкости вывода.

Для рассматриваемого >ке конкретного практического варианта это сопротивление определяется формулой 40

R12 = 0,07522 R8 (n-1), (3) где (п-1) — количество включенных транзисторных диодов;

При n = 2 численно получим R12 =

=1,62 к. 45

Можно показать, что выходное напряжение устройства будет равно

Ост = n U789, (4) где U789 — напряжение, определяемое фор- 50 мулой (2), равное в практическом рассматриваемом случае с учетом базовых токов транзисторов 1,248 В, а без учета — 1,234 В.

Эта величина слабо зависит от параметра d материала примененных транзисторов, для 55 примененной ИМС КР198НТ1Б практически определенное значение параметра d равно 1,8, Таким образом, включением определенного количества транзисторных диодов и расчетом сопротивления резистора 12 по формуле (3) (или экспериментальным подбором) можно получить следующий ряд напряжений стабилизации: 1,248; 2,496; 3,744;

4,992; 6,240 ... 1,248 и В.

Транзисторы 1-4; 14; 15 должны быть изготовлены в единой ИМС, например типа

КР198НТ1Б. Транзистор 5 может быть принят и дискретным, ввиду его малого влияния на точность.

Практическое испытание устройства, выполненного на ИМС КР198НТ16 и резисторах С2 — 14 показали, что в устройстве, например, при работе в диапазоне температур от 20 о 100 С можно достигнуть ТКН

5 10 С . Это подтверждает достижение цели изобретения.

Технико-экономическая эффективность применения предложенного устройства состоит в упрощении устройства по сравнеwe с более сложными устройствами той же точности.

Формула изобретения

Источник опорного напряжения, содержащий пять транзисторов, база последующего транзистора соединена с коллектором предыдущего, эмиттеры первого, второго, третьего и пятого транзисторов соединены с первым выходным выводом, база первого транзистора соединена с первыми выводами первого и второго резисторов, базы третьего, четвертого и пятого транзисторов соединены с первыми выводами соответственно третьего, четвертого и пятого резисторов, второй вывод первого резистора соединен с коллектором первого транзистора, вторые выводы второго, третьего,.и четвертого резисторов соединены друг с другом, второй вывод пятого резистора соединен с коллектором пятого транзистора и с вторым выходным выводом, змиттер четвертого транзистора соединен через шестой резистор с первым выходным выводом и через конденсатор — с вторым выходным выводом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и термостабильности опорных напряжений, второй вывод второго резистора соединен через введенную цепь последовательно согласно соединенных транзисторных диодов и седьмой резистор с вторым выходным выводом.