Стабилизатор напряжения постоянного тока
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качеств е источника опорного напряжения. Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей. В устр-во, содержащее три транзистора, два из которых образуют согласованную пару, и три резистора, введены два транзистора и три резистора. Это позволяет повысить точность устр-ва, а также без использования дополнительных элементов дает возможность одновременного получения опорных напряжений относительно обеих шин питания . Отсутствие операционного усилителя уменьшает потребляемую мощность и расширяет область использования устр-ва. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗО6РЕТЕНИЯ (21) 4823403/07 (22) 07.05.90 (46) 07.02.92. Бюл. N 5 (71) Завод "Кварц" (72) Д.Г. Гри горуца (53) 621.316.722.1 (088.8) (56) 1,Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. — М.; Мир, 1982, с.270. 2 . Авторское свидетельство СССР N 1628053, кл. G 05 F 1/56, 1989, (54) СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в приборах электронной техники в качестве источника опорных постоянных и термозависимых напряжений. Стабилизатор напряжения (СН) может быть выполнен в одном полупроводниковом кристалле по стандартной технологии ИМС на биполярных транзисторах. Известен стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий согласованную пару транзисторов, шесть резисторов и операционный усилитель (1). Недостатки этого стабилизатора — стабильное напряжение вырабатывается только относительно одного вывода источника питания, недостаточная стабильность этого напряжения, а также необходимость применения операционного усилителя для функционирования схемы. Наиболее близким к предлагаемому является стабилизатор напряжения постоян„„SU „„1711134 А1 источника опорного напряжения, Цель изобретения — повышение точности и расширение функциональных воэможностей. В устр-во, содержащее три транзистора, два из которых образуют согласованную пару, и три резистора, введены два транзистора и три резистора. Это позволяет повысить точность устр-ва, а также без использования дополнительных элементов дает возможность одновременного получения опорных напряжений относительно обеих шин питания. Отсутствие операционного усилителя уменьшает потребляемую мощность и расширяет область использования устр-ва. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. ного тока, содержащий три однотипных транзистора, первые два из которых образуют согласованную пару, три резистора, причем эмиттер первого транзистора соединен с первым выводом первого резистора, его база соединена с базой второго транзистора, эмиттер каждого через третий резистор соединен с эмиттером первого транзистора, а коллектор второго транзистора соединен с первым выводом второго резистора, при этом второй его вывод соединен с вторым выводом первого резистора. В состав устройства в качестве принципиально необходимого элемента входит дифференциальный усилитель (2). Однако для известного стабилизатора характерные недостаточная точность стабилизации выходного напряжения, невозможность одновременного получения опорных напряжений относительно обеих шин питания без применения дополнительных элементов, а также то, что для его функцио1711134 нирования необходим операционный усилитель или дифференциальный усилитель с достаточно большим коэффициентом усиления, что повышает мощность, потребляемую схемой, и минимальное питающее напряжение, сужает область применения стабилизатора. Цель изобретения — повышение точности и расширение функциональных возможностей, Указанная цель достигается тем, что в СН, содержащий три транзистора, первые два из которых образуют согласованную пару, три резистора, причем эмиттер первого транзистора соединен с первым выводом для подключения источника питания, его коллектор соединен с первым выводом первого резистора, его база соединена с базой второго транзистора, эмиттер которого через третий резистор соединен с эмиттером первого транзистора, а коллектор второго транзистора соединен с первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом первого резистора, введены четвертый транзистор с тиI пом проводимости, противоположным типу проводимости первых трех транзисторов, четвертый и пятый резисторы, а третий транзистор согласован с первыми двумя, при этом коллектор и база второго транзистора соединены между собой, база третьего транзистора соединена с коллектором первого транзистора, эмиттер третьего транзистора соединен с эмиттером первого транзистора, коллектор третьего транзистора соединен с первым выводом четвертого резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом для подключения источника питания, с которым через пятый резистор соединен эмиттер четвертого транзистора, коллектор которого соединен с общей точкой первого и второго резисторов, использованный в качестве первого выходного вывода, а его база соединена с первым выводом пятого резистора, использованным s качестве второго выходного вывода. СН может содержать дополнительно пятый транзистор одного типа проводимости с четвертым транзистором и шестой резистор, включенный между коллектором третьего транзистора и вторым выходным выводом, к которому подсоединен эмиттер пятого транзистора, база которого подключена к точке соединения коллектора третьего транзистора с шестым резистором, а коллектор пятого транзистора соединен с первым выводом для подключения источника питания. Величина термозависимого.напряжения на эмиттерном резисторе одного из транзисторов согласованной пары определяется не выходным током, а током эмиттер-коллектор этого транзистора. Тем самым снимается ограничение на величину этого тока и повышается точность стабилизации выходного напряжения. Кроме этого, в предлагаемом стабилизаторе имеется выход стабилизированного напряжения относительно обеих шин питания. СН работает без применения операционного или дифференциального усилителя, а его роль в выравнивании напряжений на коллекторных резисторах транзисторов согласованной пары выполняет транзистор. Это уменьшает потребляемый схемой ток, пони>кает величину необходимого напря>кения питания. Таким образом расширяются функциональные возможности схемы, Практически без усложнения, за счет соответствующего дополнительного транзистора и резистора, повышается погрузочная способность схемы, что дополнительно расширяет функциональные возможности. На фиг.1 и 2 изображены схемы вариантов предлагаемого стабилизатора. Стабилизатор (фиг.1) содержит транзисторы 1 — 3, согласованные между собой, транзистор 4 противоположного первым трем типа проводимости и резисторы 5-9, причем эмиттер транзистора 1 соединен с первым выводом источника 10.питания, его коллектор соединен с первым выводом резистора 5, его база соединена с базой и коллектором транзистора 2, эмиттер которого через резистор 7 соединен с эмиттером транзистора 4, а коллектор транзистора 2— с первым выводом резистора 6, при этом второй его вывод соединен с вторым выводом резистора 5, база транзистора 3 соединена с коллектором транзистора 1„эмиттер транзистора 3 соединен с эмиттером транзистора 1, коллектор транзистора 3 — с первым выводом резистора 8, второй вывод которого соединен с вторым выводом источника питания, с которым через резистор 9 соединен эмиттер транзистора 4, коллектор которого соединен с общей точкой резисторов 5 и 6, являющейся первым выходом устройства, а его база соединена с первым выводом резистора 8, являющимся вторым выходом устройства. Стабилизатор (фиг.2) содер>кит дополнительно транзистор 12 одного типа проводимости с транзистором 4 и резистор 11, включенный между коллектором транзистора 3 и вторым выходом устройства, к которому подсоединен эмиттер транзистора 12, при этом его база подключена к точке сое1711134 динения коллектора транзистора 3 и резистора 11, а коллектор транзистора 12 соединен с первым выводом источника питания. Стабил1 1затор работает следующим образом, При включении питания в схеме уСтанавливается некоторое распределение потенциалов. Докажем, что при этом потенциалы на коллекторах транзисторов 1 и 2 практически равны. Напряжение на коллекторах транзисторов 2 и 1 (относительно первого вывода источника питания) определяются напряжением эмиттер-база транзисторов 1 и 3 соответственно: U2 =pr In; U1 = р ln 1з Iss1 1ss3 где U1, 0г — напряжение на коллекторах транзисторов 1 и 2 соответственно; 11, 1з — ток коллектора транзисторов 1 и 3 соответственно; I»1, Issue — тОК НаСЫЩЕНИЯ ЭМИттЕРНОГО перехода транзисторов 1 и 3 соответственно; kT р = — — температурный потенциал; Ц k — постоянная Больцмана; Т вЂ” абсолютная температура; q — заряд электрона, Тогда разность напряжений на коллекторах транзисторов 1 и 2 Л U или равная ей разность падений напряжения U5 и U6 на резисторах 5 и 6 равна Учитывая, что Iss1 =!»з (так как тра нзисторы 1 и 3 согласованы), то при Iз/11=1 Л0 — 0. Так как в установившемся режиме напряжение на резисторе 8 (06=0са) постоянно, а на резисторе 5 практически не зависит от напряжения питания (05=0ст 1 06эз) и изменяется только с температурой, причем это изменение в рабочем диапазоне температур не превышает + (10-20) /. тогда при определенном соотношении резисторов 5 и 8 величина Л0 находится в пределах +. (2 — 5) мВ. Итак Л U =О. Тогда можно записать l2 R6= l 1R5. (1) Очевидно I1=l ss1 ехр (06э1/ уЛ ); l2 Iss2 ехр(06э2/ pr ), гдЕ R5, R6 — СОпрстивлЕниЕ рЕЗиСтОрсв 5 и 6 соответственно; 0эБ1, 0э62 — напряжение база-эмиттер транзисторов 1 и 2 соответственно. Учитывая 0эБ1=0эБ2 12R7, где R7 — сопротивление резистора 7, 5 после несложных преобразований получают R6 12 = In — И 12Ò; 7 1 5 R6 11 = — Iг и 11 - Ò. R5 Очевидно, что суммарный ток I, протекающий в цепи эмиттер-коллектор транзистора 4 — резистор 9, также пропорционален температуре. В известном СН температурный коэффициент напряжения эмиттер-база транзистора, ток коллектора которого пропорционален температуре, постоянен в широком диапазоне и для генерации термостабильного выходного напряжения можно сложить напряжение эмиттер-база, имеющее отрицательный температурный коэффициент, спадением напряжения,,вызванным протеканием по соответствующему резистору этого пропорционального температуре тока. В предлагаемом СН суммируется напряжение эмиттер-база транзистора 1 с падением напряжения на резисторе 6 (стабильное напряжение Uc 1 относительно первого вывода источника питания) и напряжение эмиттер-база транзистора 4 с напряжением на резисторе 9 (стабильное напряжение 0са относительно второго вывода источника питания). При этом для того, чтобы эти напряжения были 40 стабильны, необходимо, чтобы их величина составляла около 1,22 В. СН, показанный на фиг.2, работает аналогично, но нагрузочная способность его значительно выше. Это обусловлено следу45 ющим. До тех пор,пока ток второго выхода (Ucr2) меньше, паДение напРЯжениЯ на Резисторе 11 мало и транзистор 12 практически закрыт, схема функционирует абсолютно аналогично описанной. При увеличении выходного тока возрастает ток через резистор 11. Это приводит к открыванию транзистора 12. Таким образом, приращение выходного тока, в основном, обеспечивается транзистором 12. Ток коллектора транзистора 3 меняется очень мало, напряжение базаэмиттер его остается также практически неизменным и Л U =О. 1711134 z./ Составитель Д,Григоруца Редактор И.Шмакова Техред М.Моргентал КорректорН. Ревская Заказ 339 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 СН был промакетирован с использованием следующих элементов: 1 — 3 — микросхема 198НТ1, 4 и 10 — микросхЕма 198НТ5. Номиналы резисторов 5 — 9 соответственно 1, 3, 0,15, 1 и 0,75 кОм, резистора 11 — 1,1 кОм, Формула изобретения 1, Стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий три однотипных транзистора, первые два из которых образуют согласованную пару, три резистора, причем эмиттер первого транзистора соединен с первым выводом для подключения источника питания, его коллектор соединен с первым выводом первого резистора, его база соединена с базой второго транзистора, эмиттер которого через третий резистор со-. единен с эмиттером первого транзистора, а коллектор второго транзистора соединен с первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом первого резистора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, в него введены четвертый транзистор с типом проводимости, противоположным типу проводимости первых трех транзисторов, четвертый и пятый резисторы, а третий транзистор согласован с первыми двумя, при этом коллектор и база второго транзистора соединены между собой, база третьего транзистора соединена с коллектором первого транзистора, эмиттер третьего транзистора соединен с эмиттером первого транзистора, коллектор третьего транзисто5 ра соединен с первым выводом четвертого резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом для подключения источника питания, с которым через пятый резистор соединен эмиттер четвертого 10 транзистора, коллектор которого соединен с общей точкой первого и второго резисторов, использованной в качестве первого выходного вывода, а его база соединена с первым выводом четвертого резистора, ис15 пользованным в качестве второго выходного вывода. 2. Стабилизатор по п,1, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем 20 повышения нагрузочной способности по второму выходу, в него введены пятый транзистор одного типа проводимости с четвертым транзистором и шестой резистор, включенный между коллектором третьего 25 транзистора и вторым выходным выводом, к которому подсоединен эмиттер пятого транзистора, база которого подключена к точке соединения коллектора третьего транзистора с шестым резистором, а коллектор 30 пятого транзистора соединен с первым выводом для подключения источника питания.
