Стабилизатор постоянного тока

 

О П И С А Н И Е < 736071

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскии

Социалистическнк

Республик (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (5l )M. Кл. (22)Заявлено 18.01.78 (2I) 2571261/24-07

G 05 Г 1/56 с присоединением заявки ¹

Государстоовин1 комитет

СССР (23) Приоритет ю делан изооретеннк к открытий

Опублчковано25.05.80. Бюллетень №19

Дата опубликования описания 28,05.80 (53) УДК621 °

316 722 1 (088.8) (72} Автор . изобретения

А. В, Подлесный (71) Заявитель (54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в сверхбыстродействующих логических интегральных схемах и больших интегральных схемах с эмиттерносвязанными

5 элементами.

Известны стабилизаторы постоянного тока, используемые в элементах с эмиттерными связями, состоящие из транзистора, коллекторный вывод которого слу1D жит выходом источника тока, и резистивного делителя с диодами, задающего необ содимое смешение на базу транзистора (1).

Из известных технических решений наиболее близким по технической сушнос15 ти к изобретению является стабилизатор постоянного тока, содержаший три транзистора, база первого из которых соедине» на с коллектором второго и через первый резистор"подсоединена к первой из питаю-2О ших шин, эмиттер первого транзистора соединен с базой третьего выходного транзистора, коллектор которого соединен с выходным выводом стабилизатора, а эмиттер через второй резистор нодсоединен ко второй питающей шине, коллектор первого транзистора подсоединен к первой питаюшей шине, а база второго транзистора через третий резистор сое динена со второй питаюшей шиной (2j.

Недостатком известного решения является сильная зависимость тока стабилизатора от изменений напряжения питания и окружающей температуры.

11ель изобретения — повысить стабильность выходного тока стабилизатора при изменениях питающего напряжения питания и температуры.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизатор постоянного тока, содержащий три транзистора„ база первого из которых соединена с коллектором второго и через первый резистор подсоединена к первой из питаюших шин, эмиттер первого транзистора соединен с базой третьего выходного транзистора, коллектор которого соединен с вь,ходпым выводом стабилизатора, а змиттер через

0071 ф .зывает уменьшение разности тютенциалов между базой транзистора 1 и питающей шиной 5, что приведет к уменьшению тока через транзистор 1, т,е. уменьшению разности потенциалов между эмиттером транзистора 1 и питающей шиной 5. Зто влечет эа собой уменьшение тока через резистор 11, т.е. выходного тока.

Б стабилизаторе устанавливается

10 устойчивый режим работы, определяемый следующими уравнениями:

Л (1) C эо Ао 8+ r (4>3 73 второй резистор подсоединен ко второй питающей шине, коллектор первого транзистора подсоединен к первой питающей шине, а база второго транзистора через третий резистор соединена со второй питающей шиной, введена цепочка из последо. вательно соединенных четвертого резистора и диода, включенная между второй питающей шиной и базой moporo транзистора, которая через пятый дополнительно введенный резистор подключена к точке соединения эмиттера первого транзистора с базой третьего выходного транзистора,, а эмиттер второго транзистора непосредственно соединен со второй питающей шиной.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема стабилизатора постоянного тока.

Змиттер транзистора 1 соединен с базой транзистора 2 и через резистор

3 - с базой транзистора 4, Змиттер транзистора 4 соединен с питающей шиной 5. База транзистора 4 соединена с анодом диода 6 и через резистор 7 - с питающей шиной 5. Катод диода 6 через резистор 8 подключен к шине 5. Коллектор транзистора 4 соединен с базой тран зистора 1 н через резистор 9 — с питающей шиной 10. Коллектор транзистора 1

Щ также соединен с читающей шиной 10.

Змиттер транзистора 2 через резистор

11 подключен к питающей шине 5. Коллектор транзистора 2 подсоединен к выходному выводу стабилизатора постоянного тока.

Стабилизатор постоянного тока работает следующим образом.

При подаче напряжения на пита ощие шины 5 и 10 в схеме устанавливается режим работы„, задаваемый параметрами стабилизатора. Принцип работы стабилизатора основан на введении в схему отрицательной обратной связи.

Увеличение выходного тока, идущего

45 через коллектор транзистора 2, вызывает увеличение падания напряжения на резисторе 11, что, в свою очередь, вле чет эа собой увеличение разности norwциалов между эмиттером транзистора 1

50 и питающей шиной 5. В результате этого ток через резисторы 3, 8, 7 и диод 6 растет, увеличивая разность потенциалов между эмиттером и базой транзистора

4, что, в свою очередь, вызывает увеличение тока через резистор 9, который задается транзистором 4, Увеличение падения напряжения на резисторе 9 виЕ„„= Д9%9+Чтаи тЩэа ФУтЬ -3- (3)

QQ пйт 9 9 т 1 э о 9

Ч Е вЂ” +й а =й g y ий тд (5)

Где 31 Дм )9 ДЪ 1 8 — токи через резисторы 7, 11, 9, 3, 8 соот ветственно;

Ч - температурный потенциал;

0 - обратный ток диода 6;

R1 +„Rq „R „Re тивления резисторов 7, 1 1, 9, 3, 8;

Е „. — напряжение, подаваемое на питающие шины 5 и 10.

Транзисторы 1, 2 и 4 имеют одинакос. вый обратный ток эмиттерно-базового перехода ЗЭО, Для упрощения не рассматриваются базовые токи транзисторов.

Иэ управления (3} видно, что изменение напряженич питания вызывает изменение токов, текущих -через резист оры

9и3.

Увеличение тока через резистор 3 вызывает увеличение токов, текущих чере- резисторы 7 и 8.

Дифференцируя уравнение (1), получаем зависимость относительного изменения тока, текущего через резистор 9ф

Йда \ 9 от Относительного изменения тока ,) д

)1(„= -; -, - ):

3gO.q

6 39- М б 31

Щ1 (6)

Величина ""-Ь 4- достаточно

Г мgo большая, т.е. относительное изменение д 9 иа много раз больше относительного изменения 4 Д

5 736071

Иэ у авнения (2) аналогичным об- д разом получаем зависимость относительного изменения тока d от относительного изменения тока 3 (О ;3 ): п

При росте температуры отношение остается постоянным, так как задзо SO дае.тся отношением площадей эмиттерных переходов, коэффициент 6- возрастаег. Поэтому ток, текущий через резистор

8, возрастает - формула (8 ).

В результате суммарный ток через

S резистор Э не меняется при изменениях температуры.

Разность потенциалов между базой транзистора 2 и питающей шиной 5 опре включенная между второй питаюшей шиной и базой второго транзистора. которая через пятый дополнительно введенный резистор подключена к точке соединения

5 эмиттера первого транзистора с базой третьего выходного транзистора, а эмитЗд Qg

Величина коэффициента (1+ — — )

+г определяется см. формулу (2) логарифмом произведения отношения токов 39 и Qe и отношения обратных токов диода 6 (3 ) и эмиттерно-базового перехода транзистора 4 (3 ):

При условии, что ток через резистор

8 намкого меньше тока через резистор 9 к что обратный ток диода 6 больше обратного тока базово-эмиттерного перехода (эа счет разных плошадей lq-р переходов), относительное изменение тока через резистор 9 намного больше по сравкению с относительным изменением 83<Так как ток 3 равен сумме токов d и 38, то относительное иэмекйе то дЪ незначительно по сравнению с относительным изменением тока 39, т.е. при изменении напряжения питвккя меняется напряжение на резисторе 9, разность же потенциалов между питающей шиной 5 и эмиттером первого тракэистора 1 остается почти неизменной. Поэтому вьиодкой ток стабилизатора, задаваемый этой разностью потенциалов, стабилиэкровак по напряже нию питания.

При увеличении темнературы напряжение на базово-эмиттерком переходе транзистора 4 уменьшается, что вызывает уменьшение тока через реэистор 7.

Иэ формулы (2) получаем, что ток через резистор 8 определяется следующим образом: еляется напряжс IIIIeI« IIa базово-эмитерном переходе транзистора 4 и паде1ем напряжения на резисторе 3. Темературное изменение напряжения на эмиттерном переходе транзистора 2 компенсируется температурным изменением напряжения на эмиттерном переходе транзистора 4, ток же через резистор 3 постоянный, поэтому выходной ток стабилизатора стабилен при изменениях темпе ратуры.

Предлагаемый стабилизатор постоянного тока обладает наибольшей стабили зацией выходного тока при суммарном

t5 воздействии отклонений напряжения питания и температуры, изменения нагрузки и технологического разброса параметров схемы из известных источников постоянного тока, используемых в анало20 гичных целях, может работать при низких напряжениях питания и при этом отличается простотой схемы. Предлагаемый стабилизатор перспективен при использовании его в сверхбыстродействуюших

Z5 больших интегральных схемах на низкоуровневых элементах с эмиттерными связями.

Формула изобретен ия

Стабилизатор ностоянного тока, содержаший три транзистора, база первого иэ которых соединена с коллектором второго и через первый резистор подсоединена к одной из пптаюших шин, эмиттер первого транзистора соединен с базой третьего выходного транзистора, коллектор которого соединен с выходным выводом стабилизатора, а эмиттер через второй резистор подсоединен ко второй пи-. тающей шине, коллектор первого транзистора подсоединен к первой питаюыей шине, а база второго транзистора через третий резистор соединена со второй питающей шиной, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения стабильности выходного тока апри изменениях питаюшего напряжения н температуры, в него введена цепочка иэ последовательно соединенных четвертого резистора и диода, тер второго транзистора непосредственно соедин =.н со второй. питающей шиной.

7 73

Источники и»формлиии, принятые ьо вниманцс при экспертизе

1. Иемудров В. Г. и др. В бор источника постоянного тока и логических схемах на токовых переключателях. B 06.

6071 Я

Микроэпектроник», под ред. Ф. В. Луки»«.

M., Советс кое радио, вып. 5, 19 7 2, с. 275-281.

2. Патент Великобритании ¹ 1443361, кл. Н 1 К, 1974.

Составитель С. Ситко

Редактор О. Стенина Текред М. Петко Корректор Ю. Макаренко

Заказ 2427/39 Тираж 956 Подписное

ИНИИПИ Государственного комитета СССР

»о делам изобретений и открытий

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

Филиал ППН Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4