Источник опорного напряжения

 

Союз Советскив

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (iij 824164 (61) Дополнительное к авт. саид-ву >> < „з

G 05 F 1/56 (22) Заявлено 050779 (21) 2792464/24 "07 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 23,0481.Бюллетень М 15 (53) УДК 621. 316, .. 722.1 (088. 8) Дата опубликования описания 210481

Г (72) Автор. изобретения

Э,Р. Круусе (71) Заявитель (54) ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НЛПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может применяться в качестве двухполярного источника постоянного напряжения, например, в автоматических измерительных системах.

Известны источники напряжений, используемые в радиотехнических установках и приборах для создания опорных напряжений (1) .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является иоточник опорного напряжения, содержащий мостовую схему со стабилитронами в двух противоположных плечах и резисторами в двух других плечах и два операционных усилителя, поочередно подключаемые к выходной клемме источНика. Первый усилитель инвертирующим входом соединен с анодом и выходом — с катодом одного из ста-: билитронов, а второй усилитель инвертирующим входом соединен с катодом

И выходом — с анодом другого стабилитрона мостовой схемы 23.

В известном источнике опорного напряжения температурная погрешность в основном определяется температур.ными погрешностями стабилитронов.

Добиться уменьшения температурной погрешности можно либо термостатираванием схемы, либо созданием схем температурной компенсации, применяя элементы с малымй температурными коэффициентами. Если пользоваться термостатированием схемы, то возрастают габариты и потребляемая мощность источника, а также возрастает время выхода на режим и ухудшается временная стабильность источника.

Применение элементов с малыми температурными коэффициентами неэффективно, так как нужен выбор элементов с одинаковыми температурными коэффициентами.

Цель изобретения- уменьшение температурной погрешности выходного напряжения источника, при этом не ухудшая временной стабильности выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что источник опорного напряжения, содержащий мост со стабилитронами в двух противоположных плечах и резисторами s двух других плечах, клемму подключения источника управляющего напряжения, два операционных усилителя, выходы которых являются выходами устройства и подключены

824164 к двум противоположным вершинам моста, неинвертирующие входы присоединены к клемме подключения источника. управляющего напряжения, имеет так.же два дополнительных операционных усилителя, неинвертирующие входы которых подключены через цепочки из двух последовательно включенных до(полнительных резисторов к выходам устройства и к другим противоположным вершинам моста, выходы дополнительных усилителей присоединены к своим инвертир цщцим входам и к инвертирующему входу первого и второго, соответственно, основных операционных усилителей, а также через дополнительные диоды разного направления к точкам соединения дополнительных резисторов последовательных резистивных цепей.

На чертеже изображена электрическая схема предлагаемого источника опорного напряжения.

Источник опорного напряжения выполнен на основе мостовой схемы, в противоположных плечах которой включены два стабилитрона 1 и 2 и два резистора 3 и 4. К выходной клемме 5 положительных выходных напряжений подключены выход операционного усилителя б, одна клемма резистора 4 и катод стабилитрона 1, к выходной клемме 7 отрицательных выходных напряжений подключены выход операционного усилителя 8, одна клемма резистора 3 и анод стабилитрона 2.

Клемма 9 подключения управляющего напряжения присоединена к неинвертирующему входу операционных усилителей б и 8. Неинвертирующие входы дополнительных операщуонных усилителей 10 и 11 подключены через два дследовательно включенных резистора, соответственно 12, 13 и 14, 15 к выходу S и через два последовательно включенных резистора, соответственно 16, 17 и 18, 19 — к выходу 7. Выходы дополнительных усилителей 10 и 11 присоединены прямо к своим инвертирующим входам и к инвертирующмм входам основных операционных усилителей б и 8, соответственно, а также через дополнительные диоды разного направления 2Д и

21.или 22 и 23 к точкам соединения дополнительных резисторов иоследова, тельных резистивных цепей 12, 13 и W6, 17 или 14, 15 и 18, 19, соответственно.

Все используемые операционные усилители 6, 8, 10 и 11 охвачены глубокой отрицательной обратной связью, и поэтому для упрощения анализа можно считать, что напряжение на обоих выходах усилителей фактически равны и их температурные дрейфи на порядок меньше температурных коэффициентов стабилитронов.

На выходе усилителя б формируется стабилизированное положительное постоянное напряжениЕ 0>, а на выходе усилителя 8 отрицательное стабилизированное постоянное напряжение

08 (т) = uq (т) + Ug (1)

О (т) =u -u (т), где U„, U - падения напряжения на .стабилитронах 1 и 2, соответственно;

U — напряжение управляющего

9 источника 9;

Т вЂ” температура.

ТокИ 3 J через стабилитроны 1 и 2 равны

3 () 0 2.(Т) U2, (T) Удо(т)

16 13

g (T). U (T) U2z(T) 0 (т):, (2.)

4 <4 (8

2О где U „ U l падения напряжения стабилитронов

1 и 2, соответственно;

Ugp 021, Ugg 02ь п еННН напряже25 ния диодов 20-23.

R, R, R<, R,,Р,Р - сопротивления ре(ь ig 18 зисторов 3, 4, 13, 16, 14 и 18.

Выходные напряжения U,,U и то30 ки стабилитронов 3, Э имеют температурную зависимость. При изменении температуры от Т до T изменяется

2 . падение напряжения стабилитронов на величину д U„(T) и ь0 (Т);

35 au (T) = О, (т„) — 0„(т ) 0 (т) = Ug (т„) - Ug (T2 ) которые и вызывают изменения выходных напряжений. Чтобы выходные напряжения остались неизменными, надо иэменитьтоки через стабилитроны

1 и Э2, так, чтобы л01 (Т) = 0 и 0, (т) = О.

Далее рассмотрим как уменьшается температурная погрешность выходного напряжения отрицательной полярности.

45 Для упрощения анализа предположим, что напряжение управляющего источника равняется нулю и при увеличении температуры от Т до Т падение нап1 ряжения стабилитрона Ug уменьшается.

50 Чтобы О< (Т„) = u (Т ), т.е. .: а0 (Т) = О, надо-увеличить ток

Jg стабилитрона 2 так, чтобы приращение тока составило

55 а3(т) = () (4)

2 Р где R - дифференциальное сопротивление стабилитрона 2 при

«J (Т) °

60 Выбирая ток через резиетрр 18

Ьc s (Т) - J (T), получаем соответ-ствующую компенсацию напряжения стабилитрона 2,ЬО,Ò) = 0 так, чтобы при изменении температуры выход65 ное напряжение О„ оставалось стабиль824164 ным. Величина сопротивления R„„ резистора 18,выбирается соотношением

<(т„)- (((т )

1з д:) (т) 2. где 0 (Т„) и U (Т ) — напряжения, 5 диода 23 при температУРах, Т, и Ас ответственно.

Чтобы исключить температурную компенсацию выходного напряжения ниже температуры Т„ выбираем сопротивление R резистора 19 () (т„) — Ug (т„)

0 Щ

R,l9 15

Если при возрастании температуры наблюдается увеличение падения напряжения стабилитрона 2,. то соответствующую компенсацию тока стабилитрона J получаем, уменьшая ток ре- 20 зистора 14 . При расчете можно применять формулы (1) - (5), если в них диод 23 заменить диодом 22, резистор 18 — резистором 14, а резистор 19 — резистором 15. 25

Таким образом, при помощи резисторов 18 и 19, а также диода 23 получаем линейную компенсацию тока .стабилитрона 2 отрицательным температурным коэффициентом напряжения в интервале температур от Т„ до Т.-, а при помощи резисторов 14 и 15 и диода 22 получаем линейную компенсацию тока стабилитрона 2 в области положительного температурного коэффициента напряжения.

3 Аналогично этой процедуре вырабатывается и положительное выходное напряжение U>.

При правильном выборе номиналов резисторов получен суммарный темпе- . 40 ратурный коэффициент напряжения в интервале температур от + 10 до

+ 50 С не более 0,002%, т. е. предлагаемое схемное решение уменьшает температурный коэффициент напряжения источника на порядок.

Благодаря уменьшению температурной погрешности согласно предлагаемому техническому решению можно, .при обеспечении определенной высокой точности выходного напряжения исключить иэ источника дорогостоящий термостат и, кроме того, благодаря исключению .термостата, время готовности прибора к работе уменьшается с 45-60 мин до 5-10 мин, что дает потребителю выигрыш во времени на 10% при 8-ми часовом режиме эксплуатации прибора.

Формула изобретения

Источник опорного напряжения, содержащий мост со стабилитронами в двух противоположных. плечах и резисторами в двух других плечах, клемму ,подключения источника управляющего напряжения, два операционных усилителя, выходы которых являются выходами устройства и подклюЧены к двум противоположным вершинам моста, неинвертирующие входы присоединены к клемме подключения источника управляющего напряжения, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения температурной погрешности выходных напряжений, источник опорного напряжения снабжен двумя дополнительными операционными усилителями, неинвертирующие входы которых подключены к двум другим противоположным вершинам моста и через цепочки из двух последовательно включенных дополнительных резисторов — к выходам устройства, выходы дополнительных усилителей присоединены к своим инвертирующим входам и к инвертирующему входу первого и второго, соответственно, основных операционных усилителей, а также через дополнительные диоды разного направления к точкам соединения дополнительных резисторов последовательных резистивных цепей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Вейгеровский Л.В. и Вайнштейн

A.Х. Прецизионные полупроводниковые стабилизаторы; M. "Энергия", 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

М 445037, кл. Q 05 F 1/56.

824164

Составитель В. Полякова

Редактор И. Николайчук Техред H.Áàáóðêà Корректор O.Билак

Заказ 2109/69 Тираж 940 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ао делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4