Источник опорного напряжения, определяемого удвоенной шириной запрещённой зоны

Авторы патента:

Барилов Иван Васильевич (RU)

Старченко Евгений Иванович (RU)

Чернышов Дмитрий Юрьевич (RU)

Гавлицкий Александр Иванович (RU)

Клименко Максим Владимирович (RU)

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

Владельцы патента RU 2541915:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) (RU)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве температурно-стабильного источника опорного напряжения, определяемого удвоенной шириной запрещенной зоны. Технический результат заключается в получении температурно-стабильного выходного напряжения, значение которого близко к удвоенной ширине запрещенной зоны используемого полупроводника. Устройство содержит пять транзисторов, три резистора и источник тока, включенный между шиной питания и выходной клеммой, первый резистор подключен первым выводом к общей шине, второй и третий резисторы подключены первыми выводами к выходной клемме, базы первого и второго транзисторов соединяются с коллекторами первого и пятого и базами четвертого и пятого транзисторов, второй вывод первого резистора подключен к эмиттеру второго транзистора, эмиттеры первого и третьего транзисторов подключены к общей шине, коллектор третьего транзистора подключен к выходной клемме, база третьего транзистора соединяется с коллекторами второго и четвертого транзисторов, эмиттер четвертого транзистора подключен ко второму выводу второго резистора, эмиттер пятого транзистора подключен ко второму выводу первого резистора. 3 ил.

Устройство относится к области электротехники и может быть использовано в качестве температурно-стабильного источника опорного напряжения (ИОН).

Известны температурно-стабильные источники опорного напряжения, определяемого удвоенной шириной запрещенной зоны полупроводника, к недостатком которых относится излишняя сложность, вызванная использованием большого количества элементов [U.S. Patent 4380706. Voltage reference circuit / Robert S. Wrathall. - Dec. 24, 1980], и необходимость дополнительного подключения к источнику питающего напряжения, а не только к источнику тока [Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы: Пер. с англ. - М.: Мир, 1988. - С.240, рис.33.27], что существенно затрудняет их использование в качестве опорного диода.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является ИОН, приведенный на фиг.1 [Патент RU 2488874 C1, МПК G05F 1/56; H03F 1/30 (2006.01). - Опубл. 27.07.2013, Бюл. №21]. Недостатком прототипа является относительно высокий температурный дрейф выходного напряжения (около 10 мВ на 100°C).

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в обеспечении заявляемого технического результата - снижении температурного коэффициента выходного напряжения ИОН.

Для достижения заявляемого технического результата в схему прототипа, содержащую источник тока, включенный между шиной питания и выходной клеммой, первый резистор, подключенный первым выводом к общей шине, второй и третий резисторы, подключенные первыми выводами к выходной клемме, первый транзистор, эмиттер которого подключен к общей шине, второй транзистор, эмиттер которого подключен ко второму выводу первого резистора, третий транзистор, коллектор которого подключен к выходной клемме, а эмиттер - к общей шине, четвертый и пятый транзисторы, базы которых соединены, коллектор пятого транзистора соединен с коллектором первого и базами первого и второго транзисторов, эмиттер четвертого транзистора подключен ко второму выводу второго резистора, эмиттер пятого транзистора подключен ко второму выводу третьего резистора, коллекторы четвертого и второго транзисторов подключены к базе третьего транзистора, введено соединение базы четвертого транзистора с коллектором первого транзистора.

Схема прототипа приведена на фиг.1. Схема заявляемого устройства представлена на фиг.2. На фиг.3 приведены результаты моделирования.

Заявляемый ИОН (фиг.2) содержит пять транзисторов (с первого по пятый), обозначенных, соответственно, цифрами 1-5, и три резистора (с первого по третий), обозначенные, соответственно, цифрами 6, 7 и 8, и источник тока 9, включенный между шиной питания и выходной клеммой, резисторы 6 и 7 подключены первыми выводами к выходной клемме, базы транзисторов 1, 2, 4 и 5 соединяются с коллекторами транзисторов 1 и 5, резистор 8 включен между общей шиной и эмиттером транзистора 2, эмиттеры транзисторов 1 и 3 подключены к общей шине, коллектор транзистора 3 подключен к выходной клемме, база транзистора 3 соединяется с коллекторами транзисторов 2 и 4, эмиттер транзистора 4 подключен ко второму выводу резистора 7, эмиттер транзистора 5 подключен ко второму выводу резистора 6.

Прежде чем рассмотреть работу заявляемого устройства, рассмотрим работу схемы прототипа (фиг.1), так как это необходимо для сопоставительного анализа. При этом допустим, что токи баз транзисторов пренебрежимо малы, а ток нагрузки отсутствует. Выходное напряжение U_вых прототипа определяется суммой напряжений база-эмиттер U_бэ3 и U_бэ4 транзисторов VT3 и VT4, а также падением напряжения U_R2 на резисторе R2, что может быть описано следующим выражением:

где φ_т≈26 мВ - температурный потенциал; I₂ и I₃ - токи эмиттеров транзисторов VT2 и VT3 соответственно; I_s - ток насыщения обратносмещенного p-n перехода, пропорциональный его площади; R₂ - сопротивление резистора R2.

Для нахождения тока I₂ следует учесть напряжения база-эмиттер U_бэ1 и U_бэ2, соответственно, транзисторов VT1 и VT2 и падение напряжения U_R1 на резисторе R₁, записав выражение:

или

где R₁ - сопротивление резистора R1; I₁ - ток эмиттера транзистора VT1; N - отношение площадей эмиттеров транзисторов VT2 и VT1.

Приближенное соотношение (2) справедливо при равенстве токов I₁ и I₂. Отсюда можно определить ток

Дифференцируя выражение (3), можно определить зависимость приращения тока I₂ от температуры T:

где φ_т=kT/q; k - постоянная Больцмана; T - абсолютная температура; q - заряд электрона.

Дифференцируя выражение (1), получим

Для нахождения приращений dU_бэ следует учесть зависимость

где C - постоянный коэффициент, определяемый технологией производства интегрального транзистора; Е - энергетическая ширина запрещенной зоны при абсолютном нуле, полученная линейной экстраполяцией от комнатной температуры к абсолютному нулю, равная для кремния 1,205 В.

Можно показать, что выражение (5), с учетом (1), (3), (6), приводится к виду

Первое и второе слагаемое в выражении (7) обусловлены, соответственно, изменением напряжений U_бэ3 и U_бэ4.

Так как сумма токов I₁, I₂ и I₃ постоянна, то приращение dl₃=-dI₁-dI₂, а при равных токах I₁, I₂, I₃ и приближенном равенстве приращений dI₁ и dI₂, с учетом (4), получаем

Выражение (7), с учетом (8), можно привести к следующему виду:

Приравнивая (9) к нулю, получаем условие настройки, при котором нестабильность выходного напряжения по температуре близка к нулю:

Работа заявляемого устройства аналогична работе прототипа. Однако выходное напряжение определяется суммой напряжений база-эмиттер транзисторов 1 и 4, что описывается следующим выражением:

где R₇ - сопротивление резистора 7; I₁ и I₂ - токи эмиттеров транзисторов 1 и 4 соответственно.

Токи I₁ и I₂ равны току эмиттера транзистора 2 и определяются выражением:

где R₈ - сопротивление резистора 8; N - отношение площадей эмиттеров транзисторов 2 и 1.

Дифференцируя выражение (10), можно вывести равенства:

Дифференцируя выражение (11), с учетом (6), (12) и (13), получим:

Откуда следует условие настройки:

Сравнивая выражения (10) и (15), можно сделать вывод о близости температурно-стабильного выходного напряжения к удвоенной ширине запрещенной зоны для обеих схем. А поскольку напряжение база-эмиттер транзистора 3 практически не влияет на выходное напряжение, схема заявляемого устройства обеспечивает более высокую стабильность выходного напряжения, чем схема прототипа.

Представленные на фиг.3 результаты моделирования отображают зависимость выходного напряжения прототипа (out1) и заявляемого устройства (out2) от температуры. При этом для удобства сравнения напряжение out2 увеличено на 64 мВ (нижняя диаграмма). На верхней диаграмме представлены соответствующие относительные нестабильности выходного напряжения.

Таким образом, и проведенный анализ, и данные схемотехнического моделирования подтверждают, что для заявляемого устройства достигается заявляемый технический результат - получается температурно-стабильное выходное напряжение при значениях, близких к удвоенной ширине запрещенной зоны.

Стабилизатор напряжения, содержащий источник тока, включенный между шиной питания и выходной клеммой, первый резистор, подключенный первым выводом к общей шине, второй и третий резисторы, подключенные первыми выводами к выходной клемме, первый транзистор, эмиттер которого подключен к общей шине, второй транзистор, эмиттер которого подключен ко второму выводу первого резистора, третий транзистор, коллектор которого подключен к выходной клемме, а эмиттер - к общей шине, четвертый и пятый транзисторы, базы которых соединены, коллектор пятого транзистора соединен с коллектором первого и базами первого и второго транзисторов, эмиттер четвертого транзистора подключен ко второму выводу второго резистора, эмиттер пятого транзистора подключен ко второму выводу третьего резистора, коллекторы четвертого и второго транзисторов подключены к базе третьего транзистора, отличающийся тем, что база четвертого транзистора соединяется с коллектором первого транзистора.

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к нерегулируемым преобразователям постоянного напряжения в переменное. Технический результат заключается в снижении потери мощности на транзисторах мостового автогенераторного преобразователя напряжения и повышение его надежности за счет того, что в мостовом автогенераторном преобразователе напряжения используется вторичная обмотка трансформатора для построения источника насыщения транзисторов.

Компенсационный стабилизатор напряжения // 2523168

Устройство относится к области электротехники. Технический результат заключается в получении температурно-стабильного выходного напряжения и снижении минимальной разности напряжения вход-выход стабилизатора.

Источник опорного напряжения // 2523121

Устройство относится к области электротехники и может быть использовано в качестве температурно-стабильного источника опорного напряжения (ИОН). Техническим результатом является снижение температурного коэффициента выходного напряжения.

Резервированный стабилизатор постоянного тока // 2522889

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в космических аппаратах для ограничения тока в системе электропитания привода раскрытия панелей солнечных батарей при раскрытии привода до упора.

Емкостный источник питания // 2520258

Изобретение относится к емкостному источнику питания, кроме того, к электронному устройству, оснащенному емкостным источником питания. Технический результат заключается в снижении потерь на рассеяние тепла.

Источник опорного напряжения // 2518974

Устройство относится к области электротехники. Технический результат заключается в получении температурно-стабильного выходного напряжения при значениях, близких к удвоенной ширине запрещенной зоны.

Возбуждение светодиода // 2516435

Изобретение относится к устройству для возбуждения светодиода, к прибору, содержащему устройство, и к способу для возбуждения светодиода. Технический результат заключается в осуществлении устройства для возбуждения светодиода с повышенной эффективностью.

Источник опорного напряжения // 2514930

Устройство относится к области электротехники и может использоваться при проектировании стабилизаторов напряжения, аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей и других элементов автоматики.

Устройство для получения постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки // 2510764

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для создания средств электропитания. Устройство содержит источник постоянного напряжения, преобразователь постоянного напряжения в импульсное напряжение, подсоединенный своими входами к выходам источника постоянного напряжения, преобразователь импульсного напряжения в постоянное напряжение, подсоединенный своими входами к выходам преобразователя постоянного напряжения в импульсное напряжение, подсоединенный своим выходом к первому управляющему входу преобразователя постоянного напряжения в импульсное напряжение, стабилизатор постоянного тока, подсоединенный своим первым входом к выходу преобразователя импульсного напряжения в постоянное напряжение, своим вторым входом к положительному выходу источника постоянного напряжения и своим первым выходом к одному из выводов нагрузки, подсоединенной другим своим выводом к отрицательному выходу источника постоянного напряжения, и содержит схему управления, подсоединенную своим первым входом к выходу преобразователя импульсного напряжения в постоянное напряжение, своим вторым входом к второму выходу стабилизатора постоянного тока, своим первым выходом к второму (отрицательному) выводу источника постоянного напряжения и своим вторым выходом к второму управляющему входу преобразователя импульсного напряжения в постоянное напряжение.

Способ управления импульсным стабилизатором напряжения // 2509337

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано для управления импульсными стабилизаторами постоянного напряжения повышающего типа с широтно-импульсной модуляцией, имеющими малые длительность переходных процессов и статическую ошибку стабилизации выходного напряжения при дискретной обработке информационных сигналов.

Электронный стабилизатор постоянного напряжения // 2542673

Изобретение относится к электронике и может быть использовано в системах вторичного электропитания аппаратуры различного назначения, в частности к системам питания сеточных модуляторов для приборов СВЧ. Технический результат - повышение надежности стабилизатора. Электронный стабилизатор содержит включенный последовательно с нагрузкой балластный резистор и параллельно с нагрузкой включенные регулирующий элемент на двух последовательно соединенных транзисторах, делитель обратной связи и выравнивающий делитель напряжения, причем одно плечо делителя обратной связи выполнено из последовательно включенных стабилитронов и резистора, средний вывод делителя обратной связи подключен к входу одного транзистора, к входу второго транзистора подключен средний вывод выравнивающего делителя. 1 ил.

Блок питания бортсети автомобиля // 2551661

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке высокочастотных источников питания с гальванической развязкой выходного напряжения для транспортных средств с комбинированными энергоустановками. Технический результат заключается в повышении энергетических показателей и расширении функциональных свойств устройства. Для этого заявленное устройство содержит источник питания собственных нужд, подключенный к бортовой двенадцативольтовой аккумуляторной батарее, полумостовой транзисторный преобразователь, токоограничивающий резистор, датчик тока, трансформаторно-выпрямительный каскад, входной фильтр, выходной фильтр, первый и второй усилители мощности для управления транзисторами полумостового транзисторного преобразователя, регулятор напряжения, компаратор, RS-триггер и триггер со счетным входом, первое и второе реле, датчик наличия напряжения на положительной входной клемме полумостового транзисторного преобразователя, первый и второй логические элементы 4ИЛИ-НЕ, в устройство также введены генератор прямоугольных импульсов, а источник питания содержит понижающий ШИМ-регулятор, образованный последовательно соединенными дросселем и полевым транзистором, и третий усилитель мощности, подключенный к затвору полевого транзистора, при этом второй выход регулятора напряжения через индикатор подключен к плюсовой клемме бортовой двенадцативольтовой аккумуляторной батареи. 1 ил.

Система управления нелинейной динамикой непосредственного понижающего преобразователя напряжения // 2552520

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в цифровых системах управления преобразователями постоянного напряжения с функцией подавления опасных колебаний выходного напряжения, возникающих при определенном наборе параметров системы. Технический результат - обеспечение заданных нелинейных динамических свойств системы и заданных показателей быстродействия и точности стабилизации выходного напряжения при отказе от параметрического синтеза. В системе управления нелинейной динамикой к силовой части преобразователя подключена система управления, состоящая из основной подсистемы и вспомогательной подсистемы управления, аппроксиматоры на основе нейронных сетей. Сигнал управления преобразователем обеспечивает стабилизацию среднего значения выходного напряжения. В системе обеспечивается коррекция сигнала ошибки, тем самым обеспечивается стабилизация проектного динамического режима (1-цикла). 3 ил.

Выходной токовый каскад с автоматическим активно-пассивным переключением // 2554566

Изобретение относится к выходному токовому каскаду. Технический результат заключается в создании выходного токового каскада с автоматическим активно-пассивным переключением. Для этого предложен выходной токовый каскад (100), имеющий вход (IN), выход (OUT) для подсоединения к входу устройства (200), в которое должен подаваться ток, регулирующую ступень (T1, T2, Z1), которая устанавливает выходной ток (Iout), и ступень (Uv; Uv, -Uv) подачи энергии, которая способна обеспечивать энергию выходного тока (Iout). Выходной токовый каскад (100) имеет первый транзистор (T1), который регулирует выходной ток по замкнутому циклу в пассивном режиме работы, и второй транзистор (T2; T2, Т3), который регулирует выходной ток (Iout) по замкнутому циклу в активном режиме работы, при этом первый транзистор (T1) и второй транзистор (T2; T2, Т3) управляются регулирующей ступенью (ОР1) по разомкнутому циклу, а в активном режиме работы ступенью подачи энергии (Uv; Uv, -Uv) управляют по разомкнутому циклу таким образом, чтобы она обеспечивала энергию выходного тока (Iout). 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Стабилизатор // 2555324

Изобретение относится к радиотехнической и автомобильной промышленностям, в частности к стабилизаторам характеристик электрических цепей, и может быть использовано в устройствах стабилизации яркости источников света в электрооборудовании автомобильной техники. Технический результат направлен на повышение надежности и качества стабилизации яркости светодиода. Технический результат достигается тем, что стабилизатор дополнительно содержит последовательно соединенные резистор и светодиод, подсоединенные к выходу стабилизатора, а элемент делителя, соединенный между базой и отрицательным полюсом источника, выполнен в виде фоторезистора и расположен на пути светового потока светодиода. Предлагаемое изобретение повышает надежность и качество стабилизации яркости светодиода за счет изменений в широком диапазоне интенсивности свечения светодиода при малых изменениях напряжения питания и обладает более широкими функциональными возможностями. 1ил.

Стабилизированный источник питания // 2559800

Предлагаемое изобретение относится к стабилизированным источникам питания и может быть использовано для питания радиоэлектронной аппаратуры. Техническим результатом настоящего изобретения является снижение потери мощности на силовом транзисторе и повышение надежности стабилизированного источника вторичного питания. Указанный результат достигается тем, что в качестве силового транзистора релейного стабилизатора применен МДП транзистор и использована обмотка преобразователя напряжения для отпирания силового транзистора. 1 ил.

Способ управления зависимым инвертором однофазного переменного тока // 2561068

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроподвижном составе, получающем питание от контактной сети однофазного переменного тока. Технический результат заключается в повышении коэффициента мощности инвертора. В способе управления зависимым инвертором однофазного переменного тока при указанном в материалах заявки управлении вентилями анодной и катодной групп моста зависимого инвертора в первом и втором полупериодах импульсов управления с регулируемы углом βрег и нерегулируемым углом β в соответствующих зонах регулирования дополнительно подают на всех зонах регулирования, кроме первой, в первом полупериоде напряжения импульсов управления с нерегулируемым углом β на управляемый вентиль катодной группы средней цепочки предыдущей зоны, а во втором полупериоде - на управляемый вентиль анодной группы средней цепочки предыдущей зоны. Импульсы управления с нерегулируемым углом β, подаваемые в каждом полупериоде на одну соответствующую пару управляемых вентилей крайних цепочек соответствующих зон, подают с задержкой по времени относительно нерегулируемого угла β на величину угла отпирания γ1 соответствующего управляемого вентиля средней цепочки предыдущей зоны. 4 ил.

Двухканальный источник питания // 2563041

Изобретение относится к электротехнике, а именно к вторичным источникам электропитания. Двухканальный источник питания содержит регулирующий полевой транзистор, сток которого подключен к аноду диода и первому выводу первой обмотки дросселя, второй вывод которой подсоединен к первому входу источника, а исток соединен со вторым входом, объединенным с общим выводом. Введен управляемый ключевой элемент, вход управления которого является входом управления двухканального источника, а выходные выводы включены между выводами первого и второго каналов. Вторая обмотка дросселя подключена к полумостовому выпрямителю, первый выход которого соединен с выводом второго канала, а второй выход соединен с общим выводом. Выходной делитель подключен к выходу первого канала и общему выводу двухканального источника и средней точкой к входу блока управления, выход которого подключен к затвору регулирующего полевого транзистора. Выходной делитель содержит стабилитрон, резисторы и транзистор, база которого соединена с выводом второго канала двухканального источника питания. Технический результат состоит в возможности изменять и стабилизировать напряжение на выходе второго канала при неизменном выходном напряжении на выходе первого канала двухканального источника питания. 1ил.

Способ управления многофазным повышающим преобразователем постоянного напряжения со стабилизацией входного тока и устройство управления многофазным повышающим преобразователем со стабилизацией входного тока // 2569679

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам управления импульсным многофазным преобразователем постоянного напряжения повышающего типа, и может быть использовано в зарядно-разрядных устройствах, в устройствах имитации аккумуляторной батареи, имитации нагрузки, используемых для испытаний систем электроснабжения, а также в других устройствах, где требуется получать стабилизированный ток и постоянное выходное напряжение при изменении входного напряжения в широких пределах. Технический результат - расширение диапазона входных напряжений в сторону низких значений, обеспечивая при этом стабилизацию входного тока, с помощью простой и недорогой схемы. Способ управления многофазным повышающим преобразователем постоянного напряжения со стабилизацией входного тока, основанный на широтно-импульсной модуляции сигналов управления, заключается в том, что формируют методом широтно-импульсной модуляции управляющие сигналы для высокочастотных ключей каждой фазы преобразователя, для чего текущие значения сигналов обратной связи по току в каждой фазе сравнивают с их опорными значениями, на основании результатов сравнения вырабатывают сигналы рассогласования, с помощью сигналов рассогласования формируют ШИМ сигналы с фиксированной частотой. При этом в каждой фазе дополнительно сравнивают с пороговой величиной сигналы входного напряжения и, когда входное напряжение имеет величину ниже установленного порогового уровня, с помощью сигнала рассогласования по входному напряжению формируют второй ШИМ-сигнал, частота которого не менее чем в 4 раза ниже частоты первого ШИМ-сигнала, и указанный второй ШИМ-сигнал используют для управления ключами соответствующей фазы преобразователя, пока величина входного напряжения не превысит установленный пороговый уровень. Устройство управления многофазным повышающим преобразователем постоянного напряжения со стабилизацией входного тока в каждой фазе содержит датчик входного тока, схему сравнения сигналов датчика тока с опорным сигналом и ШИМ-контроллер, на вход которого поступают сигналы рассогласования по току, выходы которого соединены с драйверами ключей каждой фазы преобразователя. Устройство дополнительно содержит в каждой фазе компаратор напряжения, сравнивающий входное напряжение с пороговым уровнем, второй ШИМ-контроллер, работающий с частотой не менее чем в 4 раза ниже частоты первого ШИМ-контроллера, и устройство выборки, соединенное с компаратором напряжения, и подключающее первый или второй ШИМ-контроллер к драйверам ключей соответствующей фазы преобразователя в зависимости от сигнала компаратора напряжения. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Способ управления импульсным преобразователем постоянного напряжения // 2571768

Изобретение относится к электротехнике, а именно - к силовой электронике, и может быть использовано для управления импульсными полупроводниковыми преобразователями постоянного напряжения. Способ обеспечивает повышение энергетической эффективности и функциональной надежности импульсного преобразователя постоянного напряжения. Для управления импульсным преобразователем постоянного напряжения измеряют текущее значение стабилизируемого напряжения, сравнивают измеренное значение с постоянным опорным напряжением, на основе полученного сигнала ошибки формируют сигнал управления регулирующим элементом импульсного стабилизатора. Кроме того, дополнительно измеряют текущее значение входного напряжения стабилизатора, сравнивают его с заданным значением, и, в случае снижения входного напряжения стабилизатора ниже заданного значения, суммируют полученный сигнал рассогласования с сигналом ошибки, обеспечивая снижение выходного напряжения стабилизатора. 4 ил.