Стабилизатор постоянного напряжения
Союз Советских
Социалистимеских
Республик
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
49795 (61) Дополнительное к авт. свид-вуКл. (22) Заявлено 09.07.75 (21) 2153012/07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (43) Опубликовано05.03.77.Бюллетень №9 (45) Дата опубликования описания 04.05.77
7 1/56
Государственный комитет
Совета Мнннстраа СССР оо делам нзооретеннй и аткрытнй
ДК 621.916.
2.1 (088.8) (72) Авторы B LL Бочко, А. Г. Солод и С. Г. Мерхалев (71) Заявитель (54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве источника питания интегральных схем.
Известен стабилизатор постоянного напряжения, содержащий регулирующий элемент, усилитель обратной связи и источник опорного напряжения. Недостаток этого стабилизатора состоит в том, что для получения высокого коэффициента стабилизации BblxollHolo напряжения требуется высокий коэффициент }0 у иления усилителя обратной связи, что приводит к усложнению схемы. Известен также стабилизатор, являюшийся наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению. Он содержит два 15 последовательно включенных усилительных каскада, каждый из которых содержит управ ляюший и нагрузочный полевой транзисторы, при этом затворы нагрузочных транзисторов присоединены к их стокам, а истоки — к сто-20 кам соответствующих управляющих транзисторов, истоки которых подключены к земляной шине стабилизатора, и третий усилительный каскад, подключенный стоком к выходной клемме и через конденсатор к земляной ши- 25 не. Недостатком этого стабилизатора является склонность к самовозбуждению, свойственная трехкаскадным усилителям, охваченным обратной связью, устраняемая подключением к выходной клемме конденсатора большой емкости, что препятствует полной микроминиатюризации устройства.
Кроме того, в известном устройстве идеальная стабильность выходного напряжения может быть доступна только при бесконечно большом коэффициенте усиления усилителя, что практически неосуществимо (1), (21 .
Цель изобретения — улучшение стабильности выходного напряжения, обеспечение возможности микроминиатюризации и повышение устойчивости работы устройства.
Поставленная цель достигается тем, что в стабилизаторе, содержащем два последовательно включенных усилительных каскада, каждый из которых содержит управляюший и нагрузочный полевые транзисторы, при этом затворы нагрузочных транзисторов присоединены к их стокам, а истоки-к стокам соответствующих управляюших транзисторов, истоки которых подключены к заземленной
549795 стабилизатора, затвор управляюшего транзистора первого каскада подключен к
его стоку, сток управляюшего транзистора второго каскада подключен к выходу стабилизатора. 5
На чертеже приведена электрическая схема стабилизатора постоянного напряжения.
Первый усилительный каскад состоит из нагрузочного транзистора 1 и управляюшего транзистора 2. Второй - из нагрузочного 10 транзистора 3 и управляюшего транзистора
4.
В исходном состоянии через оба усилительных каскада протекает ток; напряжение на затворе и стоке транзистора 2 устанавли- 5 вается на уровне, определяемом соотношением электрических параметров транзисторов
1 и 2, величиной порогового напряжения И и напряжения питания E
29 где 3„ (31 т
А, о — ток через транзистор 1; — крутизна транзистора 1; 35 — напряжение питания; — пороговое напряжение транзистора, одинаковое для всех транзисторов интегральной схемы; — потенциал стока транзистора 2. 40 транзистор 2 равен
Uc22
Ток через 2
2 = — — (u -u >
2 С2 р (2) 45
Учитвая, что транзисторы 1 и 2 соединены последовательно, 31 Э (5)
Ток через транзисторы 3 и 4, работаюшие
50 в пологой области выходных характеристик, определяется соответственно 4
Х
3= — — (u -U)
4 2 с2 о з 4 (6) где Цвых — выходной потенциал.
Решив совместно уравнение (l)ò(6)1íàõîäèì
55 (57
Напряжение стока транзистора 2 подается на затвор транзистора 4 благодаря чему наряду с электрическими характеристиками транзисторов 3 и 4, напряжением питания
Е.п и порога И о, обеспечиваются определен25 ный ток через транзисторы 3 и 4 и величина напряжения на стоке транзистора 4, т.е. выходное напряжение устройства.
Ток, текуший через транзистор 1, равен
Р4
3 =- — (Е -U -U (() и о сг. связь в,» с Е и параметрами транзисторов ():
1+ — — + 2 (2
11 вы» (7) Условием стабильности 0,, при изменении
Е 1„является
< выл с и
Ь2 4
0 ,, (7 из (8) следует
1+
11 lb (8) (9) Так как коэффициент усиления первого касР 2 p када k равен а второго - К = —
1 1, /.У то условие (9) примет следуюший вид."
1 K к (10) что является обшим условием стабильности л Е, w выходного напряжения. Поскольку Р = где,0 - подвижность носителей в канале; — диэлектрическая проницаемость и изолятора — окисла; — толшина изолятора — окисла;
И у — ширина канала МОП-транзистора; — длина канала МОП-транзистора и величина Еи постоянна для всех транши зисторов интегральной схемы, то отношение крутизны транзисторов Р определяется отношением их геометрических размеров, что обеспечивается интегральной технологией с высокой степенью точности.
Таким образом, изменение напряжения питания Ь7 вызвало бы такое же изменение напряжения на выходе Ь 0в х
Вых
Однако подключение затворатранзистора 4 к стоку транзистора 2 приводит к тому, что вызванное увеличением Eä увеличение И в приводит к увеличению тока через транзистор 4 и увеличению падения напряжения на нагрузочном транзисторе 3, т.е. уменьшению напряжения на стоке транзистора 4.
Таким образом, изменение напряжения питания вызывает два выше описанных процесса, приводяших к противоположным результатам: изменение выходного напряжения в той же фазе, что и напряжение питания, происходяшее через транзистор З,и изменение выходного напряжечия в противофазе по отношению к изменению напряжения питания, происходяшее через транзисторы 1, 2, 4.
549795
Составитель С. Чернышева
Техред М. Ликович Корректор B. Куприянов
Редактор B. Фельдман
Заказ 346/117 Тираж 1062 Подписное
?1НИИПИ Госуде твенного комитета Совета Министров СССР го делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4
При выполнении требований к коэффициентам усиления каскадов, изложенных выше, эти противофазные изменения выходного напряжения равны по величине, поэтому полностью компенсируются, и выходное напряжение не изменяется при изменении напряжения питания.
Формула изобретения 10
Стабилизатор постоянного напряжения, содержаший два последовательно включенных усилительных каскада, каждый из которых содержит управляющий и нагрузочный поле- 1S вые транзисторы, при этом затворы нагрузочных транзисторов присоединены к их стокам, а истоки - к стокам соответствуюших управляюших транзисторов, истоки которых подключены к заземленной шине стабилизатора, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью улучшения стабильности выходного напряжения, обеспечения возможности микроминиатюризации и повышения устойчивости работы устройства, затвор управляюшего транзистора первого каскада подключен к его стоку, а сток управляюшего транзистора вт рого каскада подключен к выходу стабилизатора.
Источники информации, принятые во вние мание при экспертизе:
1, Карпов В. И, Полупроводниковые компенсационные стабилизаторы напряжет.ня и тока, "Энергия", 1967 г., стр. 9, 2. Патент США. 63757200, кл. 323-22, 1973 г. (прототип).
