Источник опорного напряжения
источникОПОРНОГО НАПРЯЯСЕНИЯ , содержащий последовательно соединенные образцовый резистор,.прямо смещенный р-п-переход диода и ста- . билитрон,- свободный электрод которого соединен с общей им ной, и операционный усилитель с двумя резисторами обратной связи, общая точка которых соединена с инвертирующим входом олерационного усилителя, а свободный вывод одного-из резисторов соединен с выходом операционного усилителя, отлича.ющийся тем, что, с целью повышения термостабильности и расширения диапазона входных напряжений, в нем точка соединения диода и стабщ1итрона подключена к свободному другого резистора обратной связи, анод диода соединен с неинвертирующим входом опера1 ионного усилителя, выа в ход которого соединен со свободным выводом образцового резистора и (Л с выходным выводом источника. 7 %. сл со о :D :о
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ .
РЕСПУБЛИК
3(59 405 F 3 18
qg Я" /
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ. ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA
H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
"(21) 3478775/24-07. (22) 30.07.82 (46) 07.11.83 Бюл. В 41 ,(72) Г.и.ильканаев .и И.Б.Эфендиев (71) Институт космических исследований природных ресурсов Научно-производственного.объединения космичес.ких исследований .при AH АЗССР .(53) 621.316.722.1(088.8) (56);1. Авторское свидетельство СССР
9 672622, кл. 6.05 Р 1/56, 1979.
2..Патент Великобритании 9 1419196, кл. 6 05 F 3/14, 1975. (54) (57) источник опоРного НАПРяйеНИЯ, содержащий последовательно соединенные образцовый резистор,.прямо смещенный р-п-переход диода и стабилитрон, свободный электрод которого соединен с общей шиной, и операционный усилитель.с двумя резисто рами .обратной связи, общая точка которых соединена с инвертирующим входом операционного усилителя, а свободный вывод одного.иэ резисторов соединен с выходом операционного усилителя, о т л и ч а.ю шийся тем, что, с целью повышения термостабильности и расширения диапазона входных напряжений,.в нем точка соединения. диода и стабилитрона подключена к свободному вывоцу другого резистора обратной связи, анод диода соединен с неинвертирующим входом опера (ионного усилителя, выход которого соединен со свободным ©® выводом образцового резистора и с выходным выводом источника.
1053093.Изобретение относится к электро. технике и может быть использовано в цепях питания различной радиотех нической аппаратуры, а также в цифроаналоговых и аналого-цифровых преобразователях.
Известен источник опорного.напря- . жения, содержащий регулирующий тран,зистор, база которого соединена с коллектором транзистора усилителя постоянного тока, базой подключенного к эмиттеру регулирующего транзистора, образцовый .резистор -и стабилитрон, .один вывод которого соединен с общей шиной и резистор, эмиттер ре-. гулирующего транзистора чЕрез образ-:15 цовый резистор, а эмиттер транзистора усилителя постоянного тока непосредственно подключены к входной клем- . ме, коллектор транзистора усилите,ля постоянного тока через резистор соединен с общей шиной, а коллектор регулирующего транзистора подключен к другому выводу стабилитрона и к выходной клемме, коллектор регулирующего транзистора и другой вывод стабилитрона соединены через р-л-переход диода P1)..
Однако источник опорного напряже,ния имеет недостаточно высокую стабильность выходного напряжения, обусловленную разностью температурного коэффициента опорного напряжения стабилитрона ТКИ и температурного -коэффициента напряжения диода ткн„.
Наиболее близким к изобретению .по технической сущности является источник опорного напряжения, включающий полевой транзистор, исток кото- . рого через обратно смещенный переход транзистора (зенеровский диод) 40 соединен с базой плоскостного транзистора, затвор полевого транзистора соединен с коллектором (или эмиттером) плоскостного транзистора, входное напряжение подается меж- 45 ду стоком полевого транзистора и эмиттером (или коллектором) плоскостного транзистора, а выходное напряжение формируется между истоком полевого транзистора и эмиттером (или коллектором) плоскостного транзистора. Источник опорного напряжения содержит также усилитель постоянного тока и резистор в цепи обратной связи усилителя. Температурная . зависимость напряжения эенеровского диода компенсируется температурной зависимостью диода, образованного переходом база- коллектор (база-эмиттер) плоскостного транзистора, одно- 60 временно изменение падения напряжения на .зенеровском диоде от изменения температуры компенсируется изменением напряжения исток-затвор, вызывающим изменение,сопротивленйя полевого транзистора, выполняющего роль токозадающего сопротивления зене- ровского диода и меняющего свое значение обратно пропорционально изменению температуры окружающей среды. Усилитель постоянного тока в схеме источника опорного напряжения исполь-. зуется в качестве буферного,, имеющеrg большое входное сопротивления (2) .
Однако известный источник опорного напряжения имеет недостаточно вы.сокую стабильность выходного напряжения, обусловленную раэ ностью температурных коэффициентов опорного напря.жения зенеровского диода и напряжения перехода база-коллектор (базаэмиттер) плоскостного транзистора, ограниченный диапазон регулирования тока стабилизации и напряжения стабилизации при изменении температуры
:при данном значении дифференциального сопротивления зенеровского диода, обусловленные существенно нелинейной передаточной характеристикой полевого транзистора, а-также трудностью настройки схемы и выбора начального сопротивления (рабочей точки} полевого транзистора, т.е..стабильность выходного напряжения источ.ника может быть достаточной "лишь в -. заранее выбранном, ограниченном .диапазоне температур и входных напря,жений., Целью изобретения является повышение. термостабильности источника опорного напряжения и расширение диапазона входных напряжений.
Поставленная цель достигается тем, что .в источнике опорного напряжения, содержащем последовательно соединенные .образцовый резистор, прямо смещенный р- П"переход диода и стабилитрон, свободный электрод которого соединен с общей шиной, и операционный усилитель с двумя резисто.— рами обратной связи, общая точка ко- торых соединена с инвертирующим входом операционного усилителя, а свободный вывод одного из резисторов соединен с выходом операционного усилителя, точка соединения диода и стабилитрона подключена к свободному выводу другого резистора обратной связи,. анод диода соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, выход которого соединен со свободным выводом образцового резистора и с выходным выводом образцового резистора и с выходным выводом источника.
На чертеже представлена функциональная схема источника опорного напряжения.
Устройство содержит резисторы .1 и 2 обратной связи образцовый резистор 3, диод 4, стабилитрон 5, операционный усилитель (Оу б. 1053093
В качестве стабилитрона может быть использован зенеровский пробой обратно смещенного перехода база-эмиттер интегрального транзистора, в качестве диода — переход ба- за-эмиттер (база-коллектор) транзистора.
Выходное напряжение источника определяется величиной напряжения стабилизации Ус стабилитрона 5, )являющимся синфазным входным напря- .10 жением Оу б, и величиной падения напряжения на диоде 4, умноженной на коэффициент передачи ОУ б. Напряжение на диоде является дифференциальным входным напряжением ОУ б. Коэффи-1.5 циент передачи ОУ определяется отношением резисторов 1 и 2 обратной связи
При изменении температуры окружающей среды, например, увеличении, увеличивается падение напряжения на стабилитроне 5, уменьшается падение напряжения на диоде 4, что вызывает: уменьшение выходного напряжения ОУ:б относительно возрастающего напряже.. ния на стабилитроне 5. При этом уменьшается ток через образцовый резистор 3 и соответственно через. стабилитрон 5. При этом синфазное входное напряжение ОУ, определяемое напряжением стабилизации Vzz хотя . 30 и увеличивается, градиент этого увеличения уменьшается пропорционально уменьшению падения напряжения на дио.де таким образом, что выходное на-. пряжение источника, определяемое сум- 35 мой падений напряжений на стабилит-. роне и диоде, остается неизменным..
Прн этом величина уменьшения градн.ента напряжения стабилизации определяется. коэФфициентом передачи ОУ б, 40 и устанавливается одним и тем же для пары диод-стабилитрон, реализованной на любых транзисторах выбран.ного типа.
Изменение градиента падения напря жения. на стабилитроне в отличие от известного источника в предлагаемом носит линейный характер, опре- деляемый передаточной характеристикой ОУ, линейной в широком диапазоне входных токов, напряжений и из- 50 менения температуры.
В описываемой схеме источника опорного. напряжения принято R>c< A
Таким образом, ток через стабилитрон 5 определяется в основном ве- 55 личиной образцового сопротивления Rg при выбранном соотношении сопротивлений резисторов Б = аг/Ri из .схемы
Чт =еъ 4 ст
Чц-Чг=Ч ег( где 0 - потенциал зенеровского пробоя;
v . .— дифференциальные сопроcr тивления стабилитрона и диода соответственно, Чо — потенциал отпирания диода ток через стабилитрон и диод, Ч вЂ” потенциал на аноде диода, Vj — потенциал на катоде диода .
Данные и последующие выводы сде-, ланы в предположении, что коэффициент передачи Оу с разомкнутой цепью обратной связи стремится к бесконечt ности, тогда Ч, = Ч, где V h — потенциал на инвертирующем входе б OY.
Величины6 и V g в диапазоне изменения токов, протекающих через диод ,и стабилитрон, в рассматриваемой схеме существенным образом зависят лишь от температуры р-р-перехода, кроме того, стабильность параметров Рс и также является функцией температуры окружающей среды(6): т.е.
V (9,h) =å (e)hhr„(е) (1)
Ч,(9,)-Ч,(9,. )=Ч, (e} hr (e) (я)
Ток определяется rio формуле
V0 V(, .4 =
К
Аналогично получаем соотношение
%Чзык Ча)/Р,2=(Чh-Чг}/Rh (4)
Откуда
Чвьп=М" Ч Чгй
Из. (3) и (4) находим1=(Ч -Ч }Н IR () исключая величину иэ формул (3.). и (2) с помощью равенства (б), получаем:систему уравнений, определяющих зависимостьМ и Чгот температуры в предлагаемой схеме
V,(В)=е,(Е}+ " „ „(Е} Ю (/1(6) -Ч, (8g
Ь,(В)-Ч,(eq
v,(e}-v,(e}= v<(e)h- „ r<(e) (a)
Из равенства (8) получаем
v,-v,-v, (-н "Й
В последнем выражении и далев символ 8 опускается.
Из (7) после подстановки . 9 получаем
+ Чо "ст
Чг=бз
1053093
«u(«p„)
" ()ePer,(dgPg .
Отсюда.vå,- iчо iя(1 i prowl((3-H pe) (<2) Составитель С.Ситко
Техред Т.Маточка .КорреКТор О.Тигор
Редактор Т.Кугрышева
Заказ 8871/46 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. Ужгород, ул; Проектная, 4
Из (9) с учетом (10), получаем
Подставляя значения V и 9 опре-. деленные выражениями (10) и (11) в формулу (5), находим зависимость выходного напряжения источника от параметров элементов схемы где Ц)с = (1 I 83! Я = г НЗ носительные величины дифференциальных сопротивлений стабилитрона и диода соответственно.
Дифференцируя (12)., получим в приращениях
k 4Н(4 Г„)1 о(8 -ц 1 бчевндно, условие полной темпе ратурной компенсации определится равенством О+ " pg l e en+ ц (< ðÄ äð . 1 Из анализа последнего выражения следует, что в схеме выполняется условие полной температурной компенсации при любой величине температурного коэффициента напряжения зе- . неровского пробоя. Величина компенсации устанавливается выбором Я в то время, как в известном источнике опорного напряжения аналогичная температурная компенсация при (ТКНс ((ТКНр не осуществляется. 15 " B описываемом, источнике расширен диапазон температур при большей стабильности выходного напряжения. за счет нормирования температурных градиентов диода и стабилитрона с .помощью. операционного усилителя, .имеющего линейную передаточную характеристику в широком диапазоне входных токов, напряжений и температур;. Преимуществом данного источника является также то, что величина Й устанавливается одной и той же для любой пары диод-стабилитрон из выбранного типа транзисторов. Изменение напряжения питания операционного усилителя, являющегося входным напряжением источника, оказывает незначительное влияние на изменение выходного напряжения источника, что обусловлено большим коэффициентом ослабления влияния питающего напряжения, достигающего .у современных операционных усили телей 100 и более децибелл.
