Источник опорного напряжения

 

1. ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯ ЖЕНИЯ, содержащий два операционных усилителя, неинвертирующие входы которых соединены с клеммой для подклю чения управляющего напряжения, инвер тирующий вход первого операционного усилителя подключен к одному электро ду стабилитрона, а выход - к другому электроду стабилитрона и первой выходной клемме, соединенной через первый резистор с инвертирующим входом второго операционного усилителя, выход которого подключен к второй выходной клемме ик одному выводу второго резистора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения стабильности, он снабжен управляемым генератором тока, имеющим две клеммы для подключения сигнала управления током и два токовых вывода, один из которых подключен к второй выходйой клемме, а другой - к инвертирующему входу первого операционного усилителя, причем другой токовый вывод второго резистора подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) НП) А

3 G 05 F 1 56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВ/

° «В

В" г

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21} 3533874/24-07 (22) 07.01.83 (46) 28.02.84. Бюл. Р 8 (72) Э.P.Êðóóñå, Т.А.Пунгас и С.A.-М.Саар (53} 621.316.722.1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

)) 773603, кл. Q 05 Р 1/56, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 794624, кл.G 05 F 1/56, 1981.

3. Авторское свидетельство СССР

М 445037, кл.G 05 F 1/56, 1974. (54)(57) 1. ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий два операционных усилителя, неинвертирующие входы ко-. торых соединены с клеммой для подключения управляющего напряжения, инвертирующий вход первого операционного усилителя подключен к одному электроду стабилитрона, а выход — к другому электроду стабилитрона и первой выходной клемме, соединенной через первый резистор с инвертирующим входом второго операционного усилителя, выход которого подключен к второй выходной клемме и к одному выводу второго резистора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью-.растаирения функциональных возможностей и повышения стабильности, он снабжен управляемым генератором тока, имеющим две клеммы для подключения сигнала управления током и два токовых вывода, один иэ которых подключен к второй выходйой клемме, а другой — к инвертирующему входу первого операционного усилителя, причем

C другой токовый вывод второго резистора подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя ° С:

107б887 тора (3) .

2. Источник по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что управляемый генератор тока состоит из полевого транзистора и двух резисторов, причем первая клемма для подключения сигнала управления током соединена с первой выходной клеммой, а вторая клемма — с клеммой для подключения управляющего напряжения, сток и исток полевого транзистора соединены с первым и вторым токовыми выводами управляемого генератора тока соответственно, а затвор полевого транзистора сое-, динен через соответствующие резисторы с первой и второй клеммами для подключения сигнала управления током.

3., Источник по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что управляИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве двухполярного источника постоянного напряжения,. например, в автоматизированных контрольно-измерительных системах, цифровых мультиметрах и т.д.

Известны источники опорного. напряжения, содержащие мост со стабилитронами и резисторами и два операцион — )Q ных усилителя $1(и (2) .

Недостатком таких источников является низкая стабильность при изменении окружающей температуры.

Наиболее близким техническим решением K изобретению является источник опорного напряжения, содержащий два операционных усилителя, неинвертирующие входы которых соединены с клеммой. для подключения управляющего напря20 жения, инвертирующий вход первого операционного усилителя подключен к одному электроду стабилитрона, а выход — к другому электроду стабилитрона и первой выходной клемме, 25 соединенной через первый резистор с инвертирующим входом второго операционного усилителя, выход которого подключен к второй выходной клемме и к одному выводу второго резис- 30

В известном источнике в цепь обратной связи обоих усилителей вклю-, чен стабилитрон, чем достигается 35 вь ;окая стабильность выходных напряжений при стабильном управляющем напряжении, но исключается возможность, в частности, симметричноемый генератор тока состоит иэ биполярного транзистора, операционного усилителя и трех резисторов, причем первая клемма для подключения сигнала управления током соединена с первой выходной клеммой, вторая клемма - с клеммой для подключения управляющего напряжения,,эмиттер транзистора через резистор присоединен к первому, а коллектор к второму токовому выводу управляемого генератора тока, база транзистора соединена с выходом операционно(ro усилителя, инвертирующий вход которого через резисторы присоединен к эмиттеру транзистора и к первой клемме для подключения сигнала управления током, а неинвертирующий вход усилителя — к второй клемме для подключения сигнала управления током. го изменения обоих выходных напряжений относительно общей шины, Стабильность и температурная погрешность источника в основном определяются стабильностью и температурными погрешностями стабилитронов.

Из-за нелинейности температурной характеристики стабилитронов источник опорного напряжения имеет сравнительно невысокую температурную компенсацию в небольшом диапазоне температур. Кроме того, большой разброс параметров стабилитронов усложняет настройку схемы для заданного диапазона температур. Увеличение .стабильности источника возможно специальным старением и отбором стабилитронов, а добиться уменьшения температурной погрешности можно либо терглостатированием схемы, либо co3— данием схемы температурной компенсации, применяя элементы с малыми температурными коэффициентами.

Цель изобретения — повышение стабильности и расширение функциональных возможностей источника опорного напряжения.. Поставленная цель достигается тем, что источник опорного напряжения, содержащий два операционных усилителя, неинвертирующие входы которых соединены с клеммой для подключения управляющего напряжения, инвертирующий вход первого операционного усилителя подключен к одному электроду стабилитрона, а выход — к другому электроду стабилитрона и первой выходной клемме, соединенной через первый резистор с инвертирующим вхо1076887 дом второго операционного усилителя, выход которого подключен к второй выходной клемме и к одному выводу второго резистора, снабжен управляемым генератором тока, имеющим две клеммы для подключения сигнала управления током и два токовых вывода, один из которых подключен к второй выходной клемме, а другой — к инвертируюцему входу первого операционного усилителя, причем другой 10 токовый вывод второго резистора подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя, Управляемый генератор тока может быть выполнен на базе полевого тран- 15 эистора и двух резисторов, причем первая клемма для подключения сигнала управления током соединена с первой выходной клеммой, а вторая клемма — с клеммой для подключения управляющего напряжения, сток и исток полевого транзистора соединены с первым и вторым токовыми выводами управляемого генератора тока соответственно, а затвор полевого тран-.. зистора соединен через соответствующие резисторы с первой и второй клеммами для подключения сигнала управления током.

Кроме того, управляемый генератор тока может быть выполнен на базе операционного усилителя, биполярного транзистора и трех резисторов, причем первая клемма для подключения сигнала управления током соединена с первой клеммой, а вторая клемма с клеммой для подключения управляющего напряжения, эмиттер транзистора через резистор присоединен к первому, а коллектор — к второму токовому выводу управляемого генерато- 40 ра, база транзистора соединена с выходом операционного усилителя, инвертирующий вход которого через резисторы присоединен к эмиттеру транзистора и к первой клемме для 45 подключения сигнала управления током, а неинвертирующий вход усилителя — к второй клемме для подключения сигнала управления током, На фиг. 1 изображена функциональ- 50 ная схема источника опорного напряжения, на фиг, 2 — то же, первый вариант исполнения, на фиг ° 3 — то же,второй вариант исполнения.

Источник опорного напряжения содер55 жит два операционных усилителя 1и 2, неинвертируюцие входы которых соединены с клеммой 3 для подключения управляюцего напряжения. Инвертируюций вход первого операционного усили-60 теля 1 подключен к одному электроду стабилитрона 4, другой электрод которого.подключен к выходной клемме 5 и через резистор 6 к инвертирующему входу второго операционного усилите- 65 ля 2, выход которого подключен к второй выходной клемме 7 и через резистор 8 соединен с инвертируюцим входом усилителя 2

Источник содержит также управляемый генератор 9 тока, имеюций две клеммы 10 и 11 для подключения сигнала управления током и два токовых вывода 12 и 13. Токовый вывод 12 подключен к второй выходной клемме 7 а токовый вывод 13 — к инвертирующему входу первого операционного усилителя 1.

Управляемый генератор 9 тока может быть выполнен на полевом транзисторе 14, сток и исток которого соединены с токовыми выводами 12 и

13 управляемого генератора 9 тока

"оответственно, а затвор через ре-зисторы 15 и 16 соединен с клеммами 10 и 11 для подключения сигнала управления током, причем клемма 10 для подключения сигнала управления током соединена с выходной клеммой 5, а клемма 11 — с клеммой 3 для годключения управляющего напряжения .(фиг. 2).

Кроме того, управляемый генера— тор 9 тока может быть выполнен на транзисторе 17, операционном .усилителе 18 и трех резисторах 1921, причем одна клемма 10 для подключения сигнала управления током соединена с выходной клеммой 5, а другая клемма 11 — с клеммой 3 для подключения управляющего напряжения, эмиттер транзистора 17 через резистор 19 присоединен к токовому выводу 12, а коллектор — к токовому выводу 13 управляемого генератора 9 тока, база транзистора 17 соединена с выходом операционного усилителя 18, инвертирующий вход которого через резисторы 20 и 21 присоединен к эмиттеру транзистора 17 и к одной клемме 10 для подключения сигнала управления. током, а неинвертирующий вход усилителя 18 — к другой клемме 11 для подключения сигнала управления током (фиг. 3).

Источник опорного напряжения работает следуюцим образом.

В стационарной режиме работы ис,точника благодаря глубокой отрицательной обратной свяэи всех операционных усилителей i, 2 и 18 можно считать, что напряжение между неинвертируюцим и инвертируюцим входами усилителей равны, т,е. напряжения на выходах усилителей 1,2 и 18 равны напряжению клеммы 3 управляющего на-. пряжения. Йа выходе усилителя 1 фор-. мируется напряжение ", сдвинутое от напряжения на его неинвертирующем входе U> на величину падения напряжения стабилитрона 4

05 "3 U4 (1) 1076887

Инвертором, выполненным на опера. ционном усилителе 2 и резисторах 6 и 8, формируется напряжение U> на выходную клемму 7 8 (г ъ ъ- 6) — „ (2) 5

IJ - u ъ Н,(и,) (3)

45 где 1 — ток управляемого генерато9 ра 9 тока," — напряжение на выходах 3 и 7 соответственно, B U - эквивалентное сопротивление полевого транзистора 14, 50 управляемое напряжением U, - падение напряжения на стабилитроне 4, Принимая во внимание выражения (1) - (3), получаем зависимость 55 генерируемого тока 19 от падения напряжения на стабилитроне 4

"4

1 (4) 60

Таким образом, ток I<, формируемый управляемым генератором 9 тока, однозначно определен при помощи падения напряжения на стабилитроне О» .

Как следует из уравнений (1) и (2) предлагаемая схема позволяет получить по существу любые комбинации напряжений U » U7 с тем .ограничением,,10 что напряжение U должно алгебраи7 чески повысить напряжение U, чтобы обеспечить рабочий ток I4 стабилитрона 4, значение .которого определяется соответственно напряжением между 15 клеммами 10 и 11. Такая возможность управления током стабилитрона 4 очень выгодна г например, при уменьшении температурной погрешности источника или проектировании источника с регу- 20 лируемым (управляемым) температурным коэффициентом напряжения. Таким образом; улучшается стабильность источника и расширяются его функцио нальные воэможности. 25

На фиг. 2 приведен вариант исполнения источника, при котором управляемый генератор 9 тока выполнен на полевом транзисторе 14. его можно рассматривать как резистор, управляемый напряжением, причем управляемым напряжением является напряжение между клеммами 3 и 5, а по существу падение напряжения U на ста4

Ьилитроне 4.

Предположим, что значения-резисторов 6 и 8 равны (Н6= R8).

С учетом уравнения (2) на выходной клемме 7 формируется напряжение U> = 2U

Ток 1 управляемого генератора 9 40 о пре деляе т ся выр аже н нем

Генерируемый ток i определя9 ется из выражения

1 (К8 д1

)(05) (5) я R* значения сопротивлений 19, 20 и 21 в схеме управляемого генератора тока, соответственно," напряжение на клеммах 3 и 5 соответственно. где В,R,R

{Ч 20 21

При В6 = В8 с учетом уравнений (1) и (5) любое изменение падения напряжения стабилитрона 4 приводит к соответствующему изменению тока I> через стабилитрон 4 пропорционально отношению резисторов Р, R

К19Х Р 21 таким образом, что выходные напряжения на клеммах 5 и 7 остаются неизменными.

Коллектор транзистора 17 целесообразно соединить механически со стабилитроном 4, в результате чего улучшится стабильность выходных напряжений зависимо от изменения окружающей температуры.

Схема хорошо подцается микроминиатюризации, так как широко используются двойные и четвертные операционные усилители на оцном кристалле и резистивные матрицы, соотношения сопротивлений которых во времени иск йочительно стабильны. В итоге уменьшаются габариты источника опорного напряжения и повышается его надежность и стабильность.

Поскольку эквивалентное сопротивление B . полевого транзистора 14 имеет обратно пропорциональную зависимость от управляющего напряжения U», то, например, увеличение падения напряжения стабилитрона 4 вызывает соответственное уменьшение тока -1 через стабилитрон 4, обеспечивая стабильные выходные напряжения источника на клеммах 5 и 7. Необходимая зависимость между эквивалентным сопротивлением Вт и управляемым напряжением U» выбирается соответственно значениям резисторов 15 и 16, На фиг. 3 приведен вариант исполнения источника,при котором управляемый генератор 9 тока выполнен на транзисторе 17 и операционном усилителе 18. Преимуществом данной схемы является точное определение зависимости генерируемого тока I> от управляющего напряжения между. клеммами 10 и 11 за счет высокого коэффициента усиления операционного усилителя 18.

7 1076887 8

ВНИИПИ Заказ 747/45 . тираж 842 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. ужгород, ул.Проектная, 4

Предлагаемый источник применяется в цифровом вольтметре в качестве двухполярного источника опорного напряжения, что позволяет существенно повысить чувствительность, точ,ность и стабильность вольтметра.