RU2006059C1

RU2006059C1 - Power unit

Info

Publication number: RU2006059C1
Authority: RU
Inventors: Игорь Константинович Герасин
Original assignee: Игорь Константинович Герасин
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1994-01-15

Abstract

FIELD: electric engineering. SUBSTANCE: device has control element made with the use of bipolar transistor 4 and matching field-effect transistor 5, direct current amplifier 1, measuring bridge 2 with reference current source 3 in one of its arms. Device includes also double-arm current divider 7, one arm of which is adjustable, and emf source 6 cut in between collector of transistor 4 and first of second diagonally opposite pair of junctions of bridge 2. EFFECT: higher linearity of temperature-dependent characteristics and increased inner resistance of device. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в качестве источника стабильного тока или напряжения с термозависимыми выходными характеристиками. The invention relates to electrical engineering and can be used as a source of stable current or voltage with thermally dependent output characteristics.

Известен термозависимый регулятор напряжения постоянного тока, содержащий регулирующий транзистор, термозависимый мост, дифференциальный усилитель с соответствующими связями [1] . Known thermally dependent DC voltage regulator containing a control transistor, thermally dependent bridge, differential amplifier with corresponding connections [1].

Однако он имеет недостаточно высокие стабильность и внутреннее сопротивление (при использовании его в качестве источника тока), что обусловлено непосредственной связью цепей, управляющих регулируемым транзистором, с обеими шинами питания источника. However, it has insufficient stability and internal resistance (when using it as a current source), which is due to the direct connection of the circuits that control the adjustable transistor with both power supply buses.

Из известных устройств наиболее близким к описываемому является термозависимый источник опорного напряжения, который может быть также использован и как термозависимый источник тока [2] . Of the known devices, the closest to the described is a thermo-dependent source of reference voltage, which can also be used as a thermo-dependent current source [2].

Это устройство, принятое за прототип, содержит включенный в одну из силовых шин регулирующий элемент на составном транзисторе, состоящем из проходного биполярного и согласующего полевого транзисторов, усилитель постоянного тока, выход которого соединен с затвором согласующего полевого транзистора, измерительный мост с источником опорного напряжения в первом плече, причем первая вершина первой диагонали измерительного моста подключена к инвертирующему входу усилителя постоянного тока, вторая вершина с источником опорного напряжения в плече - к неинвертирующему входу усилителя постоянного тока, вывод для подключения источника питания и общую шину. This device, adopted as a prototype, contains a regulating element included in one of the power buses on a composite transistor consisting of a bipolar and matching field-effect transistors, a DC amplifier, the output of which is connected to the gate of the matching field-effect transistor, a measuring bridge with a voltage reference in the first shoulder, and the first vertex of the first diagonal of the measuring bridge is connected to the inverting input of the DC amplifier, the second vertex with a reference voltage source in the shoulder - to the non-inverting input of the DC amplifier, an output for connecting a power source and a common bus.

Прототип обладает тем же недостатком, что и аналог - низкая линейность термозависимой характеристики и малое внутреннее сопротивление. The prototype has the same drawback as the analogue - low linearity of the thermally dependent characteristics and low internal resistance.

Целью изобретения является повышение линейности термозависимой характеристики и увеличение внутреннего сопротивления. The aim of the invention is to increase the linearity of thermally dependent characteristics and increase internal resistance.

Цель достигается тем, что в источник тока, содержащий включенный в одну из силовых шин регулирующий элемент на составном транзисторе, состоящем из проходного биполярного и согласующего полевого транзисторов, усилитель постоянного тока, выход которого соединен с затвором согласующего полевого транзистора, измерительный мост с источником опорного напряжения в первом плече, причем первая вершина первой диагонали измерительного моста подключена к инвертирующему входу усилителя постоянного тока, вторая вершина с источником опорного напряжения в плече - к неинвертирующему входу усилителя постоянного тока, вывод для подключения источника питания и общую шину, введены термозависимые элементы, включенные в первое и второе плечи измерительного моста, источник ЭДС, включенный между коллектором проходного биполярного транзистора и первой вершиной второй диагонали измерительного моста, и двуплечий делитель тока, крайним выводами включенный между второй вершиной второй диагонали измерительного моста и одной из питающихся шин усилителя постоянного тока, а средним выводом соединенный с общей шиной, при этом другая питающая шина усилителя постоянного тока подключена к точке соединения источника ЭДС с коллектором биполярного транзистора, эмиттер которого соединен с выводом для подключения источника питания, кроме того, по меньшей мере одно из плеч делителя тока выполнено регулируемым, а база проходного биполярного транзистора через цепь сток - исток согласующего полевого транзистора соединена с первой вершиной второй диагонали измерительного моста. The goal is achieved in that a current source containing a regulating element included in one of the power buses on a composite transistor consisting of a bipolar and matching field-effect transistors, a DC amplifier, the output of which is connected to the gate of a matching field-effect transistor, a measuring bridge with a voltage reference in the first arm, the first vertex of the first diagonal of the measuring bridge connected to the inverting input of the DC amplifier, the second vertex with a reference voltage source the voltage in the shoulder - to the non-inverting input of the DC amplifier, an output for connecting a power source and a common bus, introduced thermo-dependent elements included in the first and second shoulders of the measuring bridge, an EMF source connected between the collector of the passage bipolar transistor and the first vertex of the second diagonal of the measuring bridge, and a two-arm current divider, connected by the extreme terminals between the second vertex of the second diagonal of the measuring bridge and one of the feeding buses of the DC amplifier, and the middle terminal shared with the common bus, while the other supply bus of the DC amplifier is connected to the connection point of the EMF source with the collector of the bipolar transistor, the emitter of which is connected to the output for connecting the power source, in addition, at least one of the arms of the current divider is made adjustable, and the base a bipolar transistor through the drain-source circuit of the matching field-effect transistor is connected to the first vertex of the second diagonal of the measuring bridge.

Кроме того, с целью расширения области использования, в цепь неинвертирующего и инвертирующего входов усилителя постоянного тока введены размыкающие контакты. In addition, in order to expand the scope of use, disconnecting contacts are introduced into the circuit of the non-inverting and inverting inputs of the DC amplifier.

На фиг. 1 приведена схема термозависимого источника тока; на фиг. 2 - пример его реализации. In FIG. 1 shows a diagram of a thermally dependent current source; in FIG. 2 - an example of its implementation.

Термозависимый источник тока (см. фиг. 1) содержит дифференциальный усилитель 1 постоянного тока, термозависимый измерительный мост 2 плечи ас, сb, bd и ad, включающий первое ad и второе bd плечи с термозависимыми элементами, при этом первое плечо моста 2, выполненное в виде источника 3 опорного напряжения, соединено с первой вершиной первой диагонали моста 2 и неинвертирующим входом дифференциального усилителя 1, а второе плечо - с второй вершиной первой диагонали моста 2 и инвертирующим входом дифференциального усилителя 1, регулирующий элемент на проходном биполярном транзисторе 4 и согласующем полевом транзисторе 5, источник 6 ЭДС и делитель 7 тока, состоящий из двух плеч, по крайней мере одно из которых выполнено регулируемым, при этом эмиттер транзистора 4 соединен с первой шиной 8 питания, коллектором - с первым выводом питания дифференциального усилителя 1 и первым выводом источника 6 ЭДС, а база через полевой транзистор 5 соединена с вторым выводом источника 6 ЭДС и первой вершиной второй диагонали моста 2, вторая вершина которой и второй вывод питания дифференциального усилителя 1 соединены соответственно с первым и вторым плечами делителя 7 тока, вход которого соединен с второй шиной 9 питания. Выход дифференциального усилителя 1 соединен с затвором полевого транзистора 5, неинвертирующий и инвертирующий входы - соответственно с первой и второй вершинами первой диагонали моста 2 через размыкающиеся контакты 10. The thermally dependent current source (see Fig. 1) contains a differential amplifier 1 of direct current, a thermally dependent measuring bridge 2 arms ac, cb, bd and ad, including the first ad and second bd arms with thermally dependent elements, while the first arm of the bridge 2, made in a source of reference voltage 3, connected to the first vertex of the first diagonal of the bridge 2 and the non-inverting input of the differential amplifier 1, and the second shoulder to the second vertex of the first diagonal of the bridge 2 and the inverting input of the differential amplifier 1, the control element a bipolar transistor 4 and a matching field-effect transistor 5, an EMF source 6 and a current divider 7, consisting of two arms, at least one of which is adjustable, while the emitter of the transistor 4 is connected to the first power bus 8, and the collector to the first power output differential amplifier 1 and the first output of the EMF source 6, and the base through the field effect transistor 5 is connected to the second output of the EMF source 6 and the first vertex of the second diagonal of the bridge 2, the second vertex of which and the second power output of the differential amplifier 1 are connected respectively to the first and second shoulders of a current divider 7, the input of which is connected to a second power bus 9. The output of the differential amplifier 1 is connected to the gate of the field-effect transistor 5, non-inverting and inverting inputs, respectively, with the first and second vertices of the first diagonal of the bridge 2 through open contacts 10.

Источник тока работает следующим образом. The current source operates as follows.

До подключения к термозависимому источнику тока напряжения питания (к шинами 8 и 9 питания) канал полевого транзистора 5 находится в проводящем состоянии, т. е. его область сток - исток имеет минимальное омическое сопротивление, благодаря чему база биполярного транзистора 4 связана с источником питания через последовательно соединенные канал полевого транзистора 5, термозависимый мост 2 и делитель 7 тока, что обеспечивает надежный запуск источника тока. При включении питания появившийся ток коллектора транзистора 4 разветвляется на две составляющие: ток, протекающий через дифференциальный усилитель 1, и ток, протекающий через источник 6 ЭДС, выполненный, например, в виде полупроводникового диода. Каждая из этих составляющих токов способствует выходу режим дифференциального усилителя 1, источника 6 ЭДС и термозависимого моста 2. Prior to connecting the supply voltage to the thermally dependent current source (to the supply buses 8 and 9), the channel of the field-effect transistor 5 is in a conducting state, i.e., its drain-source region has a minimum ohmic resistance, due to which the base of the bipolar transistor 4 is connected to the power source through a series-connected channel of the field-effect transistor 5, a temperature-dependent bridge 2 and a current divider 7, which ensures reliable start of the current source. When the power is turned on, the collector current of the transistor 4 branches into two components: the current flowing through the differential amplifier 1, and the current flowing through the emf source 6, made, for example, in the form of a semiconductor diode. Each of these component currents contributes to the output of the differential amplifier 1, the emf source 6 and the temperature-dependent bridge 2.

В дальнейшем при рассмотрении работы источника тока, базовые токи транзисторов при 100 не учитываются. Further, when considering the operation of the current source, the base currents of the transistors at 100 are not taken into account.

Токи I₂ и I₁, протекающие через термозависимые плечи ad и bd моста 2, выполненные, например, в виде транзисторов в диодном включении с одинаковой или различной площадью эмиттера, смещают эти диоды в прямом направлении и связаны с напряжениями на диодах следующим образом
U

=

ln

;
U

=

ln

, (1) где К - постоянная Больцмана;
Т - абсолютная температура;
q - заряд электрона;
Т_о - ток насыщения.The currents I ₂ and I ₁ flowing through the thermally dependent arms ad and bd of the bridge 2, made, for example, in the form of transistors in a diode switch with the same or different emitter area, bias these diodes in the forward direction and are connected with the voltage across the diodes as follows
U

=

ln

;
U

=

ln

, (1) where K is the Boltzmann constant;
T is the absolute temperature;
q is the electron charge;
T _about - saturation current.

Токи I₁ и I₂ находятся между собой в следующей связи:
I₂/I₁= n, (2) а ток I₁=

=

ln

, где R_o - сопротивление резистора в термозависимом плече с последовательно включенным диодом и резистором, а с учетом [2]
I₁=

ln n ; (3)
I₂=

ln n . (4)
При этом ток, входящий в плечо делителя 7 тока, соединенное с второй вершиной d второй диагонали моста, будет равен
I_Σ= I₁+I₂= (n+1)

ln n
Если делитель 7 тока выполнен в виде токового зеркала (см. фиг. 2), то токи обоих его плеч будут равны между собой, а ток на выходе делителя 7 и, следовательно, ток термозависимого источника тока будет равен
I= 2(n+1)

ln n= αT .Currents I ₁ and I ₂ are interconnected in the following connection:
I ₂ / I ₁ = n, (2) and current I ₁ =

=

ln

where R _o is the resistance of the resistor in the thermally dependent arm with a diode and resistor connected in series, and taking into account [2]
I ₁ =

ln n; (3)
I ₂ =

ln n. (4)
In this case, the current entering the arm of the current divider 7 connected to the second vertex d of the second diagonal of the bridge will be equal to
I _Σ = I ₁ + I ₂ = (n + 1)

ln n
If the current divider 7 is made in the form of a current mirror (see Fig. 2), then the currents of both of its arms will be equal to each other, and the current at the output of the divider 7 and, therefore, the current of the thermally dependent current source will be equal
I = 2 (n + 1)

ln n = αT.

Если по крайней мере одно из плеч делителя 7 тока выполнено регулируемым, например, в виде переменного резистора (см. фиг. 2), то, изменяя его величину и тем самым величину эмиттерного тока дифференциального усилителя 1, можно получить температурную зависимость источника тока с различным температурным коэффициентом (положительным, нулевым или отрицательным). If at least one of the arms of the current divider 7 is made adjustable, for example, in the form of a variable resistor (see Fig. 2), then by changing its value and thereby the value of the emitter current of the differential amplifier 1, we can obtain the temperature dependence of the current source with different temperature coefficient (positive, zero or negative).

Как стабилизатор термозависимого тока при изменении амплитуды напряжения питания источник работает следующим образом. При изменении напряжения в ту или другую сторону это изменение с вершин первой диагонали моста 2, соединенных с входами дифференциального усилителя 1, передается на выход усилителя, который с помощью управляемого источника тока на полевом транзисторе 5, подключенного к базе транзистора 4, компенсирует это изменение. As a stabilizer of thermally dependent current when changing the amplitude of the supply voltage, the source operates as follows. When the voltage changes in one direction or another, this change from the vertices of the first diagonal of the bridge 2 connected to the inputs of the differential amplifier 1 is transmitted to the output of the amplifier, which, using a controlled current source on the field effect transistor 5 connected to the base of the transistor 4, compensates for this change.

Данный источник тока имеет существенно более высокое выходное сопротивление, чем прототип и аналоги, и требует более низкого напряжения питания, что достигается оригинальным включением полевого транзистора 5 и источника 6 ЭДС. This current source has a significantly higher output resistance than the prototype and analogues, and requires a lower supply voltage, which is achieved by the original inclusion of the field-effect transistor 5 and the emf source 6.

Данный источник может быть использован и как термозависимый источник постоянного напряжения, которое может сниматься с шин 9-11 и 9-12, а также как термозависимый источник переменного стабильного сигнала, если, например, инвертирующий вход дифференциального усилителя 1 одновременно связать через высокоомный резистор (несколько десятков мОм), включенный между разомкнутыми выводами 10, с второй вершиной первой диагонали моста 2 и через источник переменной ЭДС, например, пьезоэлемент - с второй шиной питания либо с термозависимым плечом bd, например, с точкой соединения диода с резистором. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 769513, кл. G 05 F 1/56, 1980. This source can be used both as a temperature-dependent source of constant voltage, which can be removed from buses 9-11 and 9-12, and also as a temperature-dependent source of variable stable signal, if, for example, the inverting input of differential amplifier 1 is simultaneously connected through a high-resistance resistor (several tens of mOhm) connected between open terminals 10, with the second vertex of the first diagonal of bridge 2 and through a variable emf source, for example, a piezoelectric element with a second power bus or with a temperature-dependent arm bd, for example measures with the connection point of the diode with a resistor. (56) 1. USSR author's certificate N 769513, cl. G 05 F 1/56, 1980.

2. Радио. -1980, N 8, с. 46. 2. The radio. -1980, N 8, p. 46.

Claims

1. A current source containing a regulating element included in one of the power buses on a composite transistor consisting of a bipolar and matching field-effect transistors, a direct current amplifier, the output of which is connected to the gate of a matching field-effect transistor, a measuring bridge with a voltage reference in the first arm, moreover, the first peak of the first diagonal of the measuring bridge is connected to the inverting input of the DC amplifier, the second peak with the source of the reference voltage in the shoulder to the non-inverter to the dc input of the DC amplifier, an output for connecting the power source and a common bus, characterized in that, in order to increase the linearity of the thermally dependent characteristic and increase the internal resistance, thermally dependent elements are included in it, included in the first and second shoulders of the measuring bridge, the EMF source included between the collector of a bipolar transistor through passage and the first vertex of the second diagonal of the measuring bridge, and a two-arm current divider, the extreme terminals connected between the second vertex of the second the diagonal of the measuring bridge and one of the supply buses of the DC amplifier, and connected to a common bus with a middle terminal, while the other supply bus of the DC amplifier is connected to the connection point of the EMF source with the collector of the bipolar transistor, the emitter of which is connected to the output for connecting the power source, in addition, at least one of the arms of the current divider is adjustable, and the base of the bipolar transistor through the drain-source matching transistor is connected to the first the tire of the second diagonal of the measuring bridge.

2. The current source according to claim 1, characterized in that, in order to expand the scope of use, disconnecting contacts are introduced into the circuit of the non-inverting and inverting inputs of the DC amplifier.