Управляемый источник опорного напряжения

Авторы патента:

Прокопенко Николай Николаевич (RU)

Будяков Алексей Сергеевич (RU)

Крюков Сергей Владимирович (RU)

G05F3/22 - в которых используются только биполярные транзисторы (G05F 3/26,G05F 3/30 имеют преимущество)

G05F1/56 - с использованием в качестве оконечных управляющих устройств полупроводниковых приборов, соединенных последовательно с нагрузкой

G05F1/10 - регулирующие напряжение и/или ток (G05F 1/02 имеет преимущество; на электрофицированных железных дорогах B60M 3/02)

Владельцы патента RU 2307386:

ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) (RU)

Изобретение относится к области электрорадиотехники и может быть использовано в качестве маломощных источников опорного напряжения в различных функциональных узлах аналоговых интерфейсов. Технический результат заключается в создании управляемого аналога стабилитрона - двухполюсника с изменяемым электронным способом уровнем напряжения стабилизации. Управляемый источник опорного напряжения (фиг.3) содержит выходной транзистор (1), эмиттер которого соединен с первым выходным узлом (2) управляемого источника опорного напряжения и токостабилизирующим двухполюсником (3), подключенным к шине источника питания (4), а коллектор связан со вторым (5) выходным узлом управляемого источника опорного напряжения, вспомогательный повторитель напряжения (6), выход которого подключен к первому выводу вспомогательного резистора (7). База выходного транзистора (1) соединена со вторым выводом вспомогательного резистора (7) и дополнительным управляющим источником опорного тока (8), а вход вспомогательного повторителя напряжения (6) связан с коллектором выходного транзистора (1). 3 з.п. ф-лы, 12 ил.

Известны источники опорного напряжения (ИОН) на базе стабилитронов [1, 2], а также биполярных транзисторов [2-11], которые входят в структуру аналоговых микросхем (AM) различного назначения. Проблема улучшения их параметров относится к числу одной из актуальных проблем современной аналоговой микросхемотехники.

Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является источник опорного напряжения, описанный в патенте США №3.633.052, кл. 307/209, содержащий выходной транзистор 1, эмиттер которого соединен с первым выходным узлом 2 управляемого источника опорного напряжения и токостабилизирующим двухполюсником 3, подключенным к шине источника питания 4, а коллектор связан со вторым 5 выходным узлом управляемого источника опорного напряжения, вспомогательный повторитель напряжения 6, выход которого подключен к первому выводу вспомогательного резистора 7.

Существенный недостаток известного источника опорного напряжения состоит в том, что он имеет только один фиксированный относительно общей шины уровень выходного напряжения, который не может изменяться под действием управляющих сигналов.

Основная цель предлагаемого изобретения состоит в создании управляемого аналога стабилитрона - двухполюсника с изменяемым электронным способом уровнем напряжения стабилизации.

Поставленная цель достигается тем, что в источнике опорного напряжения, фиг.1, содержащем выходной транзистор 1, эмиттер которого соединен с первым выходным узлом 2 управляемого источника опорного напряжения и токостабилизирующим двухполюсником 3, подключенным к шине источника питания 4, а коллектор связан со вторым 5 выходным узлом управляемого источника опорного напряжения, вспомогательный повторитель напряжения 6, выход которого подключен к первому выводу вспомогательного резистора 7, вводятся новые связи (фиг.2): база выходного транзистора 1 соединена со вторым выводом вспомогательного резистора 7 и дополнительным управляющим источником опорного тока 8, а вход вспомогательного повторителя напряжения 6 связан с коллектором выходного транзистора 1.

На фиг.2 показана схема заявляемого устройства. На фиг.3 и фиг.4 представлены частные варианты построения ИОН фиг.2, соответствующие пунктам 2-4 формулы изобретения. На фиг.5 показана схема заявляемого устройства фиг.3 в среде PSpice. На фиг.6 показана зависимость напряжения между узлами 2 и 5 СН фиг.5 от сопротивления резистора Rx (7).

Фиг.8 показывает частотную зависимость коэффициента передачи ИОН по току от узла 2 в резистор R1≈0 схемы фиг.7.

Зависимость входного сопротивления заявляемого устройства (фиг.9) от частоты представлена на фиг.10.

Коэффициент передачи напряжения К_п от узла 5 к узлу 2 для схемы ИОН фиг.4 в диапазоне частот иллюстрирует фиг.12.

Предлагаемый источник опорного напряжения (фиг.2) содержит выходной транзистор 1, эмиттер которого соединен с первым выходным узлом 2 управляемого источника опорного напряжения и токостабилизирующим двухполюсником 3, подключенным к шине источника питания 4, а коллектор связан со вторым 5 выходным узлом управляемого источника опорного напряжения, вспомогательный повторитель напряжения 6, выход которого подключен к первому выводу вспомогательного резистора 7. База выходного транзистора 1 соединена со вторым выводом вспомогательного резистора 7 и дополнительным управляющим источником опорного тока 8, а вход вспомогательного повторителя напряжения 6 связан с коллектором выходного транзистора 1.

В схеме фиг.4 вспомогательный повторитель напряжения 6 выполнен в виде двух последовательно включенных эмиттерных повторителей на n-p-n 9 p-n-p 10 транзисторах, между которыми включена цепь смещения статического уровня на основе p-n перехода 11 и двухполосника 12.

Рассмотрим работу заявляемого устройства на примере анализа схемы ИОН фиг.3.

Статистическое напряжение между узлами 2 и 5 фиг.3 складывается из следующих составляющих:

U_вых=U₂₅=U_эб.1+I₈R₇+U_эб.6=2U_эб+I₈R₇.

Для схемы фиг.4:

U_вых=U₂₅=U_эб.1+I₈R₇+U_эб.10-U_эб.9-U_д11≈I₈R₇.

Следовательно, численные значения выходного напряжения ИОН фиг.4 зависят только от произведения I₈R₇, которое может быть достаточно стабильным (при I₈=const) или изменяться под действием I₈.

Таким образом, для управления величиной U_вых необходимо управлять произведением I₈R₇ (током I₈ или сопротивлением R₇, фиг.6).

Однако для того, чтобы рассматриваемое устройство было достаточно точным аналогом двухполосника (стабилитрона) необходимо, чтобы его коэффициент передачи по току от узла 2 к узлу 5 был близок к единице (фиг.8), входное сопротивление R_вх в узле 2 было достаточно малым (фиг.10), а коэффициент передачи по напряжению от узла 5 к узлу 2 был близок к единице (фиг 12). Как показывают результаты компьютерного моделирования (фиг.8, фиг.10, фиг.12), заявляемое устройство этим условиям удовлетворяет в широком диапазоне частот.

По существу авторами предлагается управляемый током I₈ двухполюсник, близкий по своим свойствам к стабилитрону, который может использоваться как в «подвешенном» (изолированном от общей шины) включении, так и в режиме подключения узла 5 к шине питания.

Данное устройство может послужить основой для построения перспективного класса адаптивных и/или управляемых электронных схем средств связи и автоматики.

Компьютерное моделирование частных вариантов заявляемого устройства, выполненное в среде PSpice, подтверждает эффективность предлагаемого ИОТ.

Источники информации

1. Ромаш Э.М. Источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. - М.: Радио и связь, 1981, вып.1035, стр.113, рис.6.6.

2. Грэбен А.Б. Проектирование аналоговых интегральных схем. - М.: Мир, стр.78-80, рис.4.7, 4.8, 4.9, 4.10.

3. Патент США №3.510.695.

4. Патент США №3.900.790.

5. Патент США №3.508.081.

6. Патент США №3.586.988.

7. Патент США №3.633.052.

8. А. св. СССР №750465.

9. А. св. СССР №905808.

10. А. св. СССР №788100.

11. Патент Франции 2.377.663.

1. Управляемый источник опорного напряжения, содержащий выходной транзистор (1), эмиттер которого соединен с первым выходным узлом (2) управляемого источника опорного напряжения и токостабилизирующим двухполюсником (3), подключенным к шине источника питания (4), а коллектор связан со вторым (5) выходным узлом управляемого источника опорного напряжения, вспомогательный повторитель напряжения (6), выход которого подключен к первому выводу вспомогательного резистора (7), отличающийся тем, что база выходного транзистора (1) соединена со вторым выводом вспомогательного резистора (7) и дополнительным управляющим источником опорного тока (8), а вход вспомогательного повторителя напряжения (6) связан с коллектором выходного транзистора (1).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вспомогательный повторитель напряжения (6) выполнен на дополнительном транзисторе, включенном по схеме с общим коллектором.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вспомогательный повторитель напряжения (6) выполнен в виде двух последовательно включенных эмиттерных повторителей на n-p-n и p-n-p транзисторах.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что между выходом первого эмиттерного повторителя и входом второго эмиттерного повторителя включена цепь смещения статического уровня на основе p-n-перехода.

Бестрансформаторный источник электропитания // 2064690

Изобретение относится к вторичным источникам электропитания, в частности, предназначенным для питания электронных счетчиков электроэнергии, электронных вольтметров и ваттметров, различных реле защиты и автоматики, питаемых от контролируемой сети, Основной особенностью таких устройств является наличие общей точки с сетью.

Источник опорного напряжения // 1539753

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. .

Инжекционный источник стабильного напряжения // 1449980

Стабилитрон // 1372312

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано как в силовой электротехнике, так и в аналоговой вычислительной технике. .

Низковольтный опорный элемент // 1146646

Ключевой транзисторный регулятор постоянноготока // 336657

Стабилизатор напряжения с параллельным регулирующим органом // 203007

Параметрический стабилизатор напряжения // 120856

Регулятор постоянного напряжения // 2305310

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано а автономных системах электроснабжения космических аппаратов для питания потребителей от источника ограниченной мощности, например солнечной батареи.

Источник питания и способ его эксплуатации // 2302060

Изобретение относится к области электротехники, а именно к источникам питания, включающим высокочастотные преобразователи постоянного напряжения и может быть использовано при производстве источников питания с повышенными электрическими характеристиками.

Стабилизатор постоянного напряжения // 2291475

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. .

Способ импульсного регулирования напряжения на тяговых двигателях электровоза постоянного тока и схема для его реализации // 2288851

Изобретение относится к области электрического транспорта, в частности к способам и устройствам пуска и регулирования скорости электроподвижного состава с импульсным регулированием.

Ключевой стабилизатор постоянного напряжения // 2286593

Изобретение относится к электротехнике для использования во вторичных источниках питания. .

Стабилизатор постоянного напряжения // 2286592

Импульсный стабилизатор // 2282233

Изобретение относится к области радиотехники. .

Способ пуска автономного инвертора с нагрузкой, включенной между двумя последовательно соединенными мостами с встречно-параллельными диодами // 2276831

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в тиристорных преобразователях частоты для плавки металлов и специальных сплавов в вакууме.

Способ (варианты) и устройство (варианты) электропитания преимущественно портативного электронного средства // 2269862

Изобретение относится к источникам электропитания электронных средств, функционирование которых осуществляется на принципах электроники и/или радиотехники и которые включают по крайней мере один активный элемент с тремя или более электродами, в частности транзистор, и осуществляют с использованием указанного активного элемента (элементов) усиление, преобразование или генерацию (формирование) рабочих электрических сигналов переменного или постоянного напряжения, в том числе широкополосных сигналов.

Способ плавного регулирования величины и изменения фазы напряжения переменного тока // 2266608

Изобретение относится к области электроники и автоматики и может быть использовано в силовой преобразовательной технике электропитания. .

Управляемый шунтирующий реактор-автотрансформатор // 2297062

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для компенсации избыточной реактивной мощности линии электропередачи и изменения на ней в широких пределах общего уровня напряжения.

Источник вторичного электропитания // 2271598

Изобретение относится к электротехнике, к преобразователям переменного напряжения в постоянное для обеспечения защиты нагрузки от перенапряжений, возникающих в источнике переменного напряжения.