Двуполярный источник опорных напряжений

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках опорного напряжения различных устройств. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения регулировки выходных напряжений от нулевого значения. Двуполярный источник содержит два операционных усилителя 1, 2, параллельно соединенных между собой, стабилитрон 3 и делитель напряжения на резисторах 4, 5, выход которого подключен к инвертирующему входу усилителя 1, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, резисторы 6-9. Введение резистора 8 между выходом усилителя 1 и входным выводом и подключение неинвертирующего входа этого усилителя к общей шине позволяет расширить пределы регулировки выходных напряжений при их высокой стабильности. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„.90„„150101

Ai (51)4 С 05 F 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

8 е.

v . 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМ

ПРИ П<НТ СССР (21) 4230019/24-07 (22) 14.04.87 (46) 15.08.89. Бюл. NR 30 (72) Ю.Н.Шишмаков (53) 621.316.722.1 (088.8) (56) Алексенко А.Г. и др. Применение операционных аналоговых микросхем.

М.: Радио и связь, 1985, с. 185.

Авторское свидетельство СССР

Р 997010, кл. G 05 F 1/585, 1983. (54) ДВУПОЛЯРНЫЙ ИСТОЧНИК ОПОРНЫХ

НАПРЯЖЕНИЙ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках опорного напряжения различных устройств. Цель изобретения расширение функциональных возможнос2 тей путем обеспечения регулировки выходных напряжений от нулевого значения. Двуполярный источник содержит два операционных усилителя 1 и 2, параллельно соединенных между собой, стабилитрон-3 и делитель напряжения на резисторах 4 и 5, выход которого подключен к инвертирующему входу усилителя 1,,неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, резисторы 6-9. Введение резистора 8 между выходом усилителя 1 и входным выво-. дом и подключение неинвертирующего входа этого усилителя к общей шине позволяет расширить пределы регулировки выходных напряжений при Их высокой стабильности. 1 ил.

3 1501015

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках опорного напряжения АЦП, ЦАП и стабилизаторов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей источника путем обеспечения регулировки выходных напряжений от нулевого значения. t0

На чертеже представлена функциональная схема двуполярного источника опорных напряжений.

Источник содержит первый 1 и второй 2 операционный усилители, выходы 15 которых подключены к первому и второму выходным выводам, неинвертирующие входы усилителей соединены с общей шиной, параллельно соединенные между собой стабилитрон 3 и делитель напря- 20 жения на резисторах 4 и 5, выход которого соединен с инвертирующим входом усилителя I, первый 6, второй 7 и третий 8 резисторы, токозадающий резистор 9. Точкой 10 отмечено место, куда может быть подключен источник питающего напряжения отрицательной полярности.

Устройство работает следующим образом. 30

Рассмотрим два этапа работы устройства. На первом этапе устройство работает при отсутствии операционного усилителя 2 и резисторов 6 и 7, заменив выходное напряжение операционного усилителя 2 напряжением отрицательного источника питания Uz.

При подаче питающих напряжений на устройстве через стабилитрон 9 проте° кает ток по цепи: источник питания 40

U „ — резистор 8 — стабилитрон 3 — резистор 9 — источник питания U — корпус. Потенциал неинвертирующего входа операционного усилителя 1 за счет действия отрицательной обратной свя- 45 зи близок к нулю. Следовательно, выходное напряжение операционного усилителя 1 равно падению напряжения на резисторе 4, величина которого U p арык 50

U и Ц

Sb(x R +К ст

Ф 5 где U — напряжение на стабилитроне. ст

Определим степень влияния измене55 величину выходного напряжения. Предположим, что напряжение Uд возросло на величину dU+. Если бы выход опера(( ционного усилителя 4 не был соединен с катодом стабилитрона 3 и выводом резистора 8, то на резисторе 9 появилось бы приращение напряжения

dU<, которое по величине определя9 ется формулой аБ = -------.К

+ Ж(( (1) (з, К +Кэ 3

Так как выход операционного усилителя 1 соединен с катодом стабилитрона 3 и с выводом резистора 8, то это напряжение, воздействуя на инверсный вход, уменьшает выходное напряжение, что приводит к уменьшению тока через стабилитрон 3, и приращение тока через резистор 8 разветвляется по двум цепям, большая величина приращения тока через резистор 8 втекает в выходную цепь операционного усилителя и приращение напряжения на резисторе 9, а следовательно, и приращение напряжения на выходе устройства уменьшается до малой величины.

Величина приращения напряжения на ре+ зисторе 9 - U определяется Аормуй9 лой

+ .+ R9

dU =ЛЬ (2) 9 " R +R 1+k

8 где k — коэффициент усиления операционного усилителя 1 без обратной связи.

Формула (2 ) выводится иэ расчета эквивалентной схемы для изменения, положительного питающего напряжения

U<. Используя 2-1 закон Кирхгофа, запишем (Дτ— ЛТ R,)(+1) = ЛТ К, (3)

"9, где dI — приращение тока через резистор 9, формируемое операционным усилителем I. (Разрешая (3) относительно d I R9, получаем

ЛК =SU

+ (4)

3 190 1+k

Так как . (5)

4 К9

0 то „подставляя (4) в (5), получаем

+ 1, К9 11 1П . « !Ц

R9 Q9 1+k ((R8+R о

x — — —.

I+k

Таким образом, изменение питающего напряжения Цд на величину Д U ïðè+ ( водит к изменению напряжения на резисторе 9 на величину ЬП, опредеФ

9 ляемую по формуле (2) . Как следует из эквивалентной схемы (7) + 8 (10)

9 R4+R5

Расчет по формуле (10) для случая, .когда 4Ц = -2 В, дает изменение выл ходного напряжения 18 mV.

Как видно из приведенных расчетов, изменение питающего напряжения 1 д

20 практически не изменяет выходное напряжение, изменение же питающего напряжения U„ сильно влияет на величину выходного напряжения. Для стабилизации питающего напряжения Ц„ приме25 нен операционный усилитель 2, представляющий собой усилитель с инверсным входом. В качестве входного напряжения использовано выходное напряжение операционного усилителя 1. Ко30 эффициент усиления операционного усилителя 2 должен удовлетворять условию

Цст ХстР 9

1 + (11) я.—

Ц вых Цвих где k — коэффициент усиления операционного усилителя 2.

Для определения влияния температуры на величину выходного напряжения устройства выведем зависимость 4Цв,„

= Е(4Т).

При изменении температуры окружающей среды на 4Т изменяется выходное напряжение U Äx < операционного усилителя 2, которое состоит из следующих со ст авляющих .

4 1 ст = 4+r ст

50

4Цвих g см 4 Т1: ,У (13) 55 где с Ц см нуля — — ---.

dT коэффициента усилителя 2 дрейф смещения

За счет изменения усиления операционного

5 15010

4Ц = АЦ + 4Ц --- ---, (6)

+ +

cr В. +Г

4 в где 4U — приращение напряжения на

cr стабилитроне, обусловленное изменением тока через 5 него при изменении питающего напряжения 4U„.

Приращение напряжения 4U определяется величиной динамического сопротивления r стабилитрона и равна на

3 основании закона QMa величине где r ст — динамическое сопротивление стабилитрона.

Приращение тока через стабилитрон определяется формулой

4U3 + 1

4 Тст Цп з 8 9

x-- —— (8)

1+k

Подставляя (2) и (7) в (6) с учетом (8), получаем

1 1

4U = 4Ц (— -- — -) (- — --) к

+ Ф вью и R +R 1+1

R4r а В 9к(— -- — + R) (9)

К4+К9 9

Формула (9) дает э ависимость выходного напряжения от изменений пи+ тающего напряжения Un Расчеты по формуле (9) для операционного усилителя 1404Д6, стабилитрона КС 191Ф, 1 4= R> к 9= R9 1 кОм и при изменении питающего напряжения U „на 2 В дают изменение выходного напряжения устройства на операционном усилителе 1, равное 0,05.

При изменении питающего напряжения Ц„(допустим напряжение по абсолютному значению увеличивается) на величину 4U „выходное напряжение в первый момент уменьшается на величиКд ну 4ք— -- --. Это напряжение, воз8 9 .действуя на инверсный вход усилителя 1, повышает напряжение на выходе, ток с выхода операционного усилителя протекает через стабилитрон 3 и резистор 9, создает на последнем компенсирующее напряжение и, когда разность между приращением напряжения на резисторе 9, создаваемая операционным усилителем, и приращением 4U становится близкой к нулю, увеличение тока через стабилитрон прекращается. Таким образом, стабилизация выходного напряжения в этом случае осуществляется эа счет. увеличения тока с выхода операционного усилителя че15 6 рез стабилитрон 3 и резистор 9. Поэтому выходное напряжение сильно изменяется при изменении напряжения Un

Используя эквивалентную схему и применяя изложенную методику расчета, получаем формулу (10), связывающую зависимость выходного напряжения от изменений питающего напряжения Ид к8 I

sLIx u j Р +Р 1+1.

Р- в

R +R 1+К r R — Эа счет изменения напряжения

На СтабИЛИтрОНŠ— 4U ВЫх y cr (12) где о — температурный коэффициент напряжения стабилитрона.

3а счет изменения напряжения смещения нуля операционного усилителя 2 -4U вых ем

15010, (14) l5 д k г

11«« х

R +К+1 изменение коэффициента усиления 2 без обратной .связи; коэффициент усиления усилителя 2 беэ обратной свя<1 1- «ux г к где l

Формула иэобретения

k г зи в

Так как изменение выходного напряжения операционного усилителя 2 приводит к изменению выходного напряжения устройства, величина которого определяется формулой (10), то, следовательно, с учетом (12), (23), (14) получаем l0

Составитель С.Ситко

Редактор К.Крупкина Техред М.Дидык Корректор Т Малец

Заказ 4866/43

Тираж 788

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101 u„<„-a,((+» +

+ ) (>-— -- - — -+

Ас 2 R 1

Ъв<л R 4 1 RS+R<1 1+k 2О

6 7

Кв 1

К а+ К э 1+k г я К 4.

+ — — — — — — — — — - — — -. (15)

R9 R++R $

Подставляя в (15) данные для операционного усилителя 2 типа 1404Д6, стабилитрона КС191Ф R.д " -К > - "R < =

= Rg = 1 кОм, R ь = R7, полУчаем для

Т =* 50 С dU вых = 1 mV, Таким образом, видно, что если в прототипе при изменении. температуры окружающей среды на 50 С за счет изменения тока выходное напряжение меняется на.25-30 mV, то в описываемом устройстве за счет изменения тока через стабилитрон напряжение меняется всего на 1 mV. В данном устройстве температурная нестабильность напря жения определяется практически только температурной стабильностью стабилитрона.

Двуполярный источник опорных напряжений, содержащий первый и второй операционные усилители, выходы которых подключены соответственно к первому и второму выходным выводам, а неинвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с общей шиной, стабилитрон, .делитель напряжения, входом подключенный параллельно стабилитрону, а выходом — к инвертирующему входу первого операционного усилителя, причем стабилитрон одним выводом соединен с выходом первого операционного усилителя, токозадающий резистор, включенный между другим выводом стабилитрона и выходом второго операционного усилителя, первый резистор, включенный между выходом первого операционного усилителя и инвертирующим входом второго операционного усилителя, и второй резистор, включенный между инвертирующим

Ъ входом второго операционного усилителя и его выходом, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей путем обеспечения регулировки выходных напряжений от нулевого значения, неинвертирующий вход второго операционного усилителя соединен с общей шиной, а выход первого операционного усилителя через введенный третий резистор подключен к входному выводу.