RU2344464C1 - Reference voltage source - Google Patents

Reference voltage source Download PDF

Info

Publication number
RU2344464C1
RU2344464C1 RU2007122554/09A RU2007122554A RU2344464C1 RU 2344464 C1 RU2344464 C1 RU 2344464C1 RU 2007122554/09 A RU2007122554/09 A RU 2007122554/09A RU 2007122554 A RU2007122554 A RU 2007122554A RU 2344464 C1 RU2344464 C1 RU 2344464C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
resistor
contact
operational amplifier
output
inverting input
Prior art date
Application number
RU2007122554/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Павел Юрьевич Шершуков (RU)
Павел Юрьевич Шершуков
Дмитрий Сергеевич Кабанов (RU)
Дмитрий Сергеевич Кабанов
нишников Владимир Николаевич Пр (RU)
Владимир Николаевич Прянишников
нишников Дмитрий Владимирович Пр (RU)
Дмитрий Владимирович Прянишников
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Юник Ай Сиз" (ООО "Юник Ай Сиз")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Юник Ай Сиз" (ООО "Юник Ай Сиз") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Юник Ай Сиз" (ООО "Юник Ай Сиз")
Priority to RU2007122554/09A priority Critical patent/RU2344464C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2344464C1 publication Critical patent/RU2344464C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention can be used as reference voltage source in generating analogous integrated circuits (IC), for example, operating amplifiers, power amplifiers, IC motor drivers, analog-to-digital converters (ADC), digital-to-analog converters (DAC) etc. Device comprises operating amplifiers (1, 4, 10, 12, 15), resistors (2, 3, 5, 6, 8, 11, 13, 14, 16-21) and diodes (7, 9). Value of the reference voltage depends on the correlation of the resistors resistance ratings and the ratio of the squares of the diodes p-n junctions.
EFFECT: decreasing influence of mechanical tolerance of elements on output voltage value and improving thermal stability in operating temperatures range.
4 dwg

Description

Изобретение относится к электронике, а именно к источникам стабильного и температурно-независимого напряжения постоянного тока, и может быть использовано в качестве источника опорного напряжения при построении аналоговых интегральных схем (ИС), например, операционных усилителей, усилителей мощности, ИС драйверов двигателей, аналого-цифровых преобразователей (АЦП), цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) и т.п.The invention relates to electronics, namely to sources of stable and temperature-independent DC voltage, and can be used as a reference voltage source when constructing analog integrated circuits (ICs), for example, operational amplifiers, power amplifiers, motor driver ICs, analog digital converters (ADC), digital-to-analog converters (DAC), etc.

Необходимость в хорошем источнике опорного напряжения часто возникает во многих схемах, особенно в тех схемах, которые питаются от однополярного источника напряжения питания. К ним относятся, в частности, мощные ИС драйверов двигателей постоянного тока для оптических накопителей.The need for a good reference voltage source often arises in many circuits, especially those circuits that are powered by a unipolar power supply. These include, in particular, powerful IC drivers for DC motors for optical drives.

Простейшим видом источников опорного напряжения является стабилитрон. В сущности, это диод, работающий при обратном смещении на участке, соответствующем напряжению пробоя, где ток пробоя очень быстро возрастает при дальнейшем росте напряжения. Чтобы использовать этот диод в качестве источника опорного напряжения надо просто обеспечить прохождение через него постоянного тока. Это обычно делается с помощью резистора, подключенного к достаточно высокому напряжению, и, таким образом, строится наиболее простой стабилизированный источник (см. П.Хоровиц, У.Хилл. «Искусство схемотехники», М.: Мир, 1984 г., с.314-325).The simplest type of voltage reference is a zener diode. In essence, this is a diode operating at a reverse bias in the region corresponding to the breakdown voltage, where the breakdown current increases very rapidly with a further increase in voltage. To use this diode as a reference voltage source, you just need to ensure that direct current passes through it. This is usually done using a resistor connected to a sufficiently high voltage, and thus, the simplest stabilized source is constructed (see P. Horowitz, W. Hill. “The Art of Circuit Engineering”, M .: Mir, 1984, p. 314-325).

Недостатками такого источника опорного напряжения являются: большой ток потребления, повышенный уровень шумов, большое значение выходного импеданса, сложность реализации в интегральной схемотехнике.The disadvantages of such a reference voltage source are: high consumption current, increased noise level, high output impedance value, implementation complexity in integrated circuitry.

Известен параметрический стабилизатор постоянного напряжения, содержащий балластный резистор, опорные диоды, дифференциальный усилитель, усилитель мощности и резистор отрицательной обратной связи, в который последовательно с опорными диодами включен дополнительный резистор, величина которого равна суммарному динамическому сопротивлению упомянутых диодов, при этом общая точка соединения дополнительного резистора и диодов подключена к неинвертирующему входу дифференциального усилителя (см. авт. свид. SU №313263, МКИ: H02M 5/00, опубл. 31.08.1971 г.).Known parametric DC voltage stabilizer containing a ballast resistor, reference diodes, a differential amplifier, a power amplifier and a negative feedback resistor, in which an additional resistor is included in series with the reference diodes, the value of which is equal to the total dynamic resistance of these diodes, while the common connection point of the additional resistor and diodes connected to a non-inverting input of a differential amplifier (see ed. certificate No. SU 313263, MKI: H02M 5/00, publ. 08/31/1971 )..

Известен источник опорного напряжения (см. авт. свид. SU №1053093, МКИ: G05F 3/18, опубл. 07.11.1983 г.), который содержит последовательно соединенные образцовый резистор, прямо смещенный р-n-переход диода и стабилитрон, свободный электрод которого соединен с общей шиной, и операционный усилитель с двумя резисторами обратной связи, общая точка которых соединена с инвертирующим входом операционного усилителя, а свободный вывод одного из резисторов соединен с выходом операционного усилителя. В данном источнике опорного напряжения точка соединения диода и стабилитрона подключена к свободному выводу другого резистора обратной связи, анод диода соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, выход которого соединен со свободным выводом образцового резистора и с выходным выводом источника.A known source of reference voltage (see ed. Certificate. SU No. 1053093, MKI: G05F 3/18, publ. 11/07/1983), which contains a series-connected model resistor, a directly biased pn junction of the diode and a zener diode, free the electrode of which is connected to a common bus, and an operational amplifier with two feedback resistors, the common point of which is connected to the inverting input of the operational amplifier, and the free output of one of the resistors is connected to the output of the operational amplifier. In this reference voltage source, the diode and zener diode connection point is connected to the free terminal of another feedback resistor, the diode anode is connected to the non-inverting input of the operational amplifier, the output of which is connected to the free terminal of the reference resistor and to the output terminal of the source.

Недостатками данного устройства являются большой ток потребления и повышенный уровень шумов.The disadvantages of this device are the high current consumption and increased noise level.

Для получения низковольтных опорных напряжений с низким уровнем шумов, малым током потребления используются источники опорных напряжений на «запрещенной зоне». К тому же, если речь идет о создании микросхемы, использующей внутренний источник опорного напряжения, то не все современные технологии представляют возможность создания стабилитронов. Существует усовершенствованная схема параметрического источника опорного напряжения, где обычный стабилитрон замещен на стабилитрон с напряжением запрещенной зоны» (см. П.Хоровиц, У.Хилл. «Искусство схемотехники», М.: Мир, 1984 г., с.319-320).To obtain low-voltage reference voltages with a low noise level, low current consumption, reference voltage sources in the “forbidden zone” are used. In addition, when it comes to creating a microcircuit using an internal voltage reference source, not all modern technologies present the possibility of creating zener diodes. There is an improved circuit for a parametric reference voltage source, where a conventional zener diode is replaced by a zener diode with a bandgap voltage "(see P. Horowitz, W. Hill." The Art of Circuit Engineering ", Moscow: Mir, 1984, pp. 319-320) .

В технологиях изготовления микросхем, которые используют только CMOS-процесс, построение схемы стабилизации, основанной на принципе «запрещенной зоны», вызывает технологические трудности. В таких случаях используют либо источник опорного напряжения на CMOS-транзисторах, работающих в особых режимах (с нулевым температурным коэффициентом напряжения - ТКН), либо схемы источника опорного напряжения на диодах, резисторах и операционных усилителях. В первом случае можно получить очень хорошие источники опорного напряжения, но величина выходного напряжения будет сильно зависеть от технологических разбросов транзисторов. Во втором случае, если строить источник опорного напряжения на соотношениях резисторов, можно получить хороший источник со слабой чувствительностью к технологическому разбросу параметров элементов.In microcircuit manufacturing technologies that use only the CMOS process, the construction of a stabilization scheme based on the “forbidden zone” principle causes technological difficulties. In such cases, either a reference voltage source on CMOS transistors operating in special modes (with a zero temperature coefficient of voltage - TKN) is used, or a reference voltage source circuit on diodes, resistors and operational amplifiers. In the first case, you can get very good sources of reference voltage, but the magnitude of the output voltage will greatly depend on the technological variation of the transistors. In the second case, if you build the source of the reference voltage on the ratios of the resistors, you can get a good source with low sensitivity to the technological spread of the parameters of the elements.

Схем, построенных по второму варианту, существует достаточно много. Один из примеров - это генератор опорного напряжения, описанный в патенте US №7119528, МКИ: G05F 3/16, опубл. 10.10.2006 г., в котором на основе применения принципа «запрещенной зоны» используют две системы обратной связи, поддерживающие напряжение с помощью источников тока. Эти системы обратных связей обеспечивают независимость величины опорного напряжения от технологического разброса, температуры и питающего напряжения. Точность опорного напряжения поддерживается даже при низком напряжении питания. Кроме того, обратные связи увеличивают выходной импеданс источников тока, уменьшающий влияние шумов от источника питания.There are a lot of schemes built according to the second option. One example is a voltage reference generator described in US patent No. 7119528, MKI: G05F 3/16, publ. 10.10.2006, in which, based on the application of the principle of the "forbidden zone", two feedback systems are used that support voltage using current sources. These feedback systems provide independence of the magnitude of the reference voltage from the technological spread, temperature and supply voltage. The accuracy of the reference voltage is maintained even at low supply voltages. In addition, feedback increases the output impedance of current sources, reducing the effect of noise from the power source.

Наиболее близким аналогом - прототипом к заявляемому техническому решению является источник опорного напряжения, описанный в патенте US №5955873, МКИ: G05F 3/16, опубл. 21.09.1999 г., в котором источник опорного напряжения содержит первый операционный усилитель и второй операционный усилитель, первый резистор и второй резистор, первую цепь, состоящую из третьего резистора, четвертого резистора и первого диода, вторую цепь, состоящую из пятого резистора и второго диода, два источника тока и дополнительные два устройства для оперативного включения и выключения. Выход первого операционного усилителя соединен с первым контактом первого резистора. Инвертирующий вход первого операционного усилителя соединен со вторым контактом первого резистора и с первым контактом второго резистора. Второй контакт второго резистора соединен с общим проводом. Неинвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с выходом второго операционного усилителя, с первым контактом третьего резистора и с первым контактом пятого резистора. Второй контакт третьего резистора соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя и с первым контактом четвертого резистора. Второй контакт четвертого резистора соединен с анодом первого диода. Второй контакт пятого резистора соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя и с анодом второго диода. Катод первого диода и катод второго диода соединены с общим проводом.The closest analogue is the prototype of the claimed technical solution is the reference voltage source described in US patent No. 5955873, MKI: G05F 3/16, publ. 09/21/1999, in which the reference voltage source comprises a first operational amplifier and a second operational amplifier, a first resistor and a second resistor, a first circuit consisting of a third resistor, a fourth resistor and a first diode, a second circuit consisting of a fifth resistor and a second diode , two current sources and two additional devices for quick switching on and off. The output of the first operational amplifier is connected to the first contact of the first resistor. The inverting input of the first operational amplifier is connected to the second contact of the first resistor and to the first contact of the second resistor. The second contact of the second resistor is connected to a common wire. The non-inverting input of the first operational amplifier is connected to the output of the second operational amplifier, with the first contact of the third resistor and with the first contact of the fifth resistor. The second contact of the third resistor is connected to the inverting input of the second operational amplifier and to the first contact of the fourth resistor. The second contact of the fourth resistor is connected to the anode of the first diode. The second contact of the fifth resistor is connected to the non-inverting input of the second operational amplifier and to the anode of the second diode. The cathode of the first diode and the cathode of the second diode are connected to a common wire.

Недостатком данного источника опорного напряжения является влияние технологического разброса параметров элементов на величину выходного напряжения.The disadvantage of this source of reference voltage is the influence of technological variation of the parameters of the elements on the value of the output voltage.

Сущность изобретения заключается в следующем. Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в уменьшении влияния технологических разбросов элементов на величину выходного напряжения и улучшение термостабильности в диапазоне рабочих температур.The invention consists in the following. The problem to which the invention is directed, is to reduce the influence of technological dispersion of elements on the magnitude of the output voltage and improve thermal stability in the range of operating temperatures.

Указанные технические результаты при осуществлении изобретения достигаются тем, что в известный источник опорного напряжения, содержащий первый операционный усилитель, выход которого соединен с первым контактом первого резистора, а инвертирующий вход первого операционного усилителя соединен со вторым контактом первого резистора и с первым контактом второго резистора, второй контакт которого соединен с общим проводом, второй операционный усилитель, первую цепь, состоящую из третьего резистора, четвертого резистора и первого диода, вторую цепь, состоящую из пятого резистора и второго диода, выход второго операционного усилителя соединен с первым контактом пятого резистора и с первым контактом третьего резистора, второй контакт которого соединен с первым контактом четвертого резистора, второй контакт четвертого резистора соединен с анодом первого диода, катод первого диода и катод второго диода соединены с общим проводом, дополнительно введены третий операционный усилитель, шестой резистор во второй цепи, четвертый операционный усилитель, петля обратной связи для второго операционного усилителя с седьмым резистором и с восьмым резистором, пятый операционный усилитель, девятый резистор, десятый резистор, одиннадцатый резистор, двенадцатый резистор, тринадцатый резистор, четырнадцатый резистор, выход второго операционного усилителя соединен с первым контактом седьмого резистора, а инвертирующий вход второго операционного усилителя соединен со вторым контактом седьмого резистора и с первым контактом восьмого резистора, второй контакт которого соединен с общим проводом, неинвертирующий вход второго операционного усилителя соединен с неинвертирующим входом четвертого операционного усилителя и подключен к точке соединения третьего резистора и четвертого резистора, а инвертирующий вход четвертого операционного усилителя соединен с выходом четвертого операционного усилителя (со своим выходом) и с первым контактом десятого резистора, неинвертирующий вход третьего операционного усилителя подключен ко второму контакту пятого резистора и к первому контакту шестого резистора, второй контакт которого соединен с анодом второго диода, а инвертирующий вход третьего операционного усилителя соединен с выходом третьего операционного усилителя (со своим выходом), с первым контактом одиннадцатого резистора и с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, выход которого соединен с первым контактом четырнадцатого резистора, при этом неинвертирующий вход пятого операционного усилителя соединен со вторым контактом одиннадцатого резистора и с первым контактом двенадцатого резистора, второй контакт которого соединен с общим проводом, а инвертирующий вход пятого операционного усилителя соединен со вторым контактом десятого резистора и с первым контактом девятого резистора, причем выход пятого операционного усилителя соединен со вторым контактом девятого резистора и с первым контактом тринадцатого резистора, второй контакт которого соединен со вторым контактом четырнадцатого резистора, место соединения тринадцатого резистора и четырнадцатого резистора является выходом источника опорного напряжения.These technical results during the implementation of the invention are achieved by the fact that in a known reference voltage source containing a first operational amplifier, the output of which is connected to the first contact of the first resistor, and the inverting input of the first operational amplifier is connected to the second contact of the first resistor and to the first contact of the second resistor, the second the contact of which is connected to a common wire, a second operational amplifier, a first circuit consisting of a third resistor, a fourth resistor, and a first diode, in an open circuit consisting of a fifth resistor and a second diode, the output of the second operational amplifier is connected to the first contact of the fifth resistor and to the first contact of the third resistor, the second contact of which is connected to the first contact of the fourth resistor, the second contact of the fourth resistor is connected to the anode of the first diode, the cathode of the first the diode and cathode of the second diode are connected to a common wire, a third operational amplifier, a sixth resistor in the second circuit, a fourth operational amplifier, a feedback loop for a second operational amplifier with a seventh resistor and an eighth resistor, a fifth operational amplifier, a ninth resistor, a tenth resistor, an eleventh resistor, a twelfth resistor, a thirteenth resistor, a fourteenth resistor, an output of a second operational amplifier is connected to a first terminal of a seventh resistor, and an inverting input of a second operational amplifier connected to the second contact of the seventh resistor and to the first contact of the eighth resistor, the second contact of which is connected to a common wire, a non-inverting input The fourth operational amplifier is connected to the non-inverting input of the fourth operational amplifier and is connected to the connection point of the third resistor and the fourth resistor, and the inverting input of the fourth operational amplifier is connected to the output of the fourth operational amplifier (with its output) and to the first contact of the tenth resistor, the non-inverting input of the third operational amplifier connected to the second contact of the fifth resistor and to the first contact of the sixth resistor, the second contact of which is connected to the anode of the second an ode, and the inverting input of the third operational amplifier is connected to the output of the third operational amplifier (with its output), to the first contact of the eleventh resistor and to the non-inverting input of the first operational amplifier, the output of which is connected to the first contact of the fourteenth resistor, while the non-inverting input of the fifth operational amplifier is connected with the second contact of the eleventh resistor and with the first contact of the twelfth resistor, the second contact of which is connected to a common wire, and the inverting input is five the fifth operational amplifier is connected to the second contact of the tenth resistor and to the first contact of the ninth resistor, the output of the fifth operational amplifier is connected to the second contact of the ninth resistor and to the first contact of the thirteenth resistor, the second contact of which is connected to the second contact of the fourteenth resistor, the junction of the thirteenth resistor and the fourteenth The resistor is the output of the voltage reference.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами.The invention is illustrated graphic materials.

На фиг.1 представлена функциональная схема источника опорного напряжения.Figure 1 presents the functional diagram of the source of the reference voltage.

На фиг.2 представлен график зависимости потенциалов в точках А и В от изменения температуры.Figure 2 presents a graph of the potentials at points a and b from temperature changes.

На фиг.3 представлены графики зависимости выходного опорного напряжения с расчетными номиналами резисторов - а; увеличенными на 25% - б; уменьшенными на 25% относительно расчетных - в.Figure 3 presents graphs of the dependence of the output reference voltage with the calculated values of the resistors - a; increased by 25% - b; reduced by 25% relative to the calculated - c.

На фиг.4 представлен график зависимости выходного опорного напряжения от изменения напряжения питания.Figure 4 presents a graph of the dependence of the output reference voltage from changes in supply voltage.

На чертежах приняты следующие обозначения.In the drawings, the following notation.

1 - первый операционный усилитель;1 - the first operational amplifier;

2 - первый резистор;2 - the first resistor;

3 - второй резистор;3 - second resistor;

4 - второй операционный усилитель;4 - the second operational amplifier;

5 - третий резистор;5 - the third resistor;

6 - четвертый резистор;6 - the fourth resistor;

7 - первый диод;7 - the first diode;

8 - пятый резистор;8 - the fifth resistor;

9 - второй диод;9 - second diode;

10 - третий операционный усилитель;10 - the third operational amplifier;

11 - шестой резистор;11 - the sixth resistor;

12 - четвертый операционный усилитель;12 - the fourth operational amplifier;

13 - седьмой резистор;13 - seventh resistor;

14 - восьмой резистор;14 - the eighth resistor;

15 - пятый операционный усилитель;15 - the fifth operational amplifier;

16 - девятый резистор;16 - ninth resistor;

17 - десятый резистор;17 - tenth resistor;

18 - одиннадцатый резистор;18 - eleventh resistor;

19 - двенадцатый резистор;19 - twelfth resistor;

20 - тринадцатый резистор;20 - thirteenth resistor;

21 - четырнадцатый резистор;21 - fourteenth resistor;

А - узел А - точка соединения третьего резистора 5, четвертого резистора 6, неинвертирующего входа второго операционного усилителя 4 и неинвертирующего входа четвертого операционного усилителя 12.A - node A is the connection point of the third resistor 5, the fourth resistor 6, non-inverting input of the second operational amplifier 4 and non-inverting input of the fourth operational amplifier 12.

В - узел В - точка соединения пятого резистора 8, шестого резистора 11 и неинвертирующего входа третьего операционного усилителя 10;B - node B is the connection point of the fifth resistor 8, the sixth resistor 11 and the non-inverting input of the third operational amplifier 10;

С - узел С - точка соединения выхода первого операционного усилителя 1, первого резистора 2 и четырнадцатого резистора 21;C - node C is the connection point of the output of the first operational amplifier 1, the first resistor 2 and the fourteenth resistor 21;

D - узел D - точка соединения выхода пятого операционного усилителя 15 со вторым контактом девятого резистора 16 и с первым контактом тринадцатого резистора 20;D - node D - the connection point of the output of the fifth operational amplifier 15 with the second contact of the ninth resistor 16 and with the first contact of the thirteenth resistor 20;

а - кривая зависимости выходного опорного напряжения от температуры с расчетными номиналами резисторов (см. фиг.3);a - curve of the dependence of the output reference voltage on temperature with the calculated values of the resistors (see figure 3);

б - кривая зависимости выходного опорного напряжения от температуры с номиналами сопротивлений резисторов, увеличенными на 25% относительно расчетных (см. фиг.3);b - a curve of the dependence of the output reference voltage on temperature with the resistor values of resistors increased by 25% relative to the calculated ones (see figure 3);

в - кривая зависимости выходного опорного напряжения от температуры с номиналами сопротивлений резисторов, уменьшенными на 25% относительно расчетных (см. фиг.3).in - a curve of the dependence of the output reference voltage on temperature with the values of the resistances of the resistors, reduced by 25% relative to the calculated (see figure 3).

Источник опорного напряжения содержит первый операционный усилитель 1; петлю обратной связи первого операционного усилителя 1, состоящую из первого резистора 2 и второго резистора 3; второй операционный усилитель 4 с петлей обратной связи, включающей седьмой резистор 13 и восьмой резистор 14; первую цепь, состоящую из третьего резистора 5, четвертого резистора 6 и первого диода 7; вторую цепь, состоящую из пятого резистора 8, шестого резистора 11 и второго диода 9, третий операционный усилитель 10, четвертый операционный усилитель 12, пятый операционный усилитель 15; петлю обратной связи пятого операционного усилителя 15, состоящую из девятого резистора 16 и десятого резистора 17; третью цепь, состоящую из одиннадцатого резистора 18 и двенадцатого резистора 19; четвертую цепь формирования выходного опорного напряжения, состоящую из тринадцатого резистора 20 и четырнадцатого резистора 21.The reference voltage source comprises a first operational amplifier 1; feedback loop of the first operational amplifier 1, consisting of a first resistor 2 and a second resistor 3; a second operational amplifier 4 with a feedback loop including a seventh resistor 13 and an eighth resistor 14; a first circuit consisting of a third resistor 5, a fourth resistor 6, and a first diode 7; a second circuit consisting of a fifth resistor 8, a sixth resistor 11 and a second diode 9, a third operational amplifier 10, a fourth operational amplifier 12, a fifth operational amplifier 15; the feedback loop of the fifth operational amplifier 15, consisting of a ninth resistor 16 and a tenth resistor 17; a third circuit consisting of an eleventh resistor 18 and a twelfth resistor 19; a fourth circuit for generating an output reference voltage, consisting of a thirteenth resistor 20 and a fourteenth resistor 21.

Выход первого операционного усилителя 1 подключен к первому контакту первого резистора 2 и к первому контакту четырнадцатого резистора 21, образуя узел С. Инвертирующий вход первого операционного усилителя 1 подключен ко второму контакту первого резистора 2 и к первому контакту второго резистора 3, второй контакт которого соединен с общим проводом. Выход второго операционного усилителя 4 соединен с первым контактом пятого резистора 8, с первым контактом третьего резистора 5 и с первым контактом седьмого резистора 13. Инвертирующий вход второго операционного усилителя 4 соединен со вторым контактом седьмого резистора 13 и с первым контактом восьмого резистора 14, второй контакт которого соединен с общим проводом. Неинвертирующий вход второго операционного усилителя 4 и неинвертирующий вход четвертого операционного усилителя 12 подключены к точке соединения А (узел А) второго контакта третьего резистора 5 и первого контакта четвертого резистора 6, второй контакт которого соединен с анодом первого диода 7. Инвертирующий вход четвертого операционного усилителя 12 соединен с выходом четвертого операционного усилителя 12 и с первым контактом десятого резистора 17.The output of the first operational amplifier 1 is connected to the first contact of the first resistor 2 and to the first contact of the fourteenth resistor 21, forming a node C. The inverting input of the first operational amplifier 1 is connected to the second contact of the first resistor 2 and to the first contact of the second resistor 3, the second contact of which is connected to common wire. The output of the second operational amplifier 4 is connected to the first contact of the fifth resistor 8, to the first contact of the third resistor 5 and to the first contact of the seventh resistor 13. The inverting input of the second operational amplifier 4 is connected to the second contact of the seventh resistor 13 and to the first contact of the eighth resistor 14, the second contact which is connected to a common wire. The non-inverting input of the second operational amplifier 4 and the non-inverting input of the fourth operational amplifier 12 are connected to the connection point A (node A) of the second contact of the third resistor 5 and the first contact of the fourth resistor 6, the second contact of which is connected to the anode of the first diode 7. Inverting input of the fourth operational amplifier 12 connected to the output of the fourth operational amplifier 12 and to the first contact of the tenth resistor 17.

Неинвертирующий вход третьего операционного усилителя 10 подключен к точке соединения В (узел В) второго контакта пятого резистора 8 и первого контакта шестого резистора 11, второй контакт которого соединен с анодом второго диода 9, а инвертирующий вход третьего операционного усилителя 10 соединен с выходом третьего операционного усилителя 10, с первым контактом одиннадцатого резистора 18 и с неинвертирующим входом первого операционного усилителя 1.The non-inverting input of the third operational amplifier 10 is connected to the connection point B (node B) of the second contact of the fifth resistor 8 and the first contact of the sixth resistor 11, the second contact of which is connected to the anode of the second diode 9, and the inverting input of the third operational amplifier 10 is connected to the output of the third operational amplifier 10, with the first contact of the eleventh resistor 18 and with a non-inverting input of the first operational amplifier 1.

Катод первого диода 7 и катод второго диода 9 соединены с общим проводом.The cathode of the first diode 7 and the cathode of the second diode 9 are connected to a common wire.

Неинвертирующий вход пятого операционного усилителя 15 соединен со вторым контактом одиннадцатого резистора 18 и с первым контактом двенадцатого резистора 19, второй контакт которого соединен с общим проводом, а инвертирующий вход пятого операционного усилителя 15 подключен ко второму контакту десятого резистора 17 и к первому контакту девятого резистора 16, выход пятого операционного усилителя 15 подключен ко второму контакту девятого резистора 16 и к первому контакту тринадцатого резистора 20, образуя узел D. Второй контакт тринадцатого резистора 20 соединен со вторым контактом четырнадцатого резистора 21, образуя узел выходного опорного напряжения.The non-inverting input of the fifth operational amplifier 15 is connected to the second contact of the eleventh resistor 18 and to the first contact of the twelfth resistor 19, the second contact of which is connected to a common wire, and the inverting input of the fifth operational amplifier 15 is connected to the second contact of the tenth resistor 17 and to the first contact of the ninth resistor 16 , the output of the fifth operational amplifier 15 is connected to the second contact of the ninth resistor 16 and to the first contact of the thirteenth resistor 20, forming a node D. The second contact of the thirteenth cut Stora 20 is connected to a second terminal of the fourteenth resistor 21, forming the reference voltage output node.

Источник опорного напряжения работает следующим образом.The voltage reference source operates as follows.

В источнике опорного напряжения применены однотипные резисторы с одинаковым температурным коэффициентом сопротивления.The reference voltage source uses the same type of resistors with the same temperature coefficient of resistance.

На втором операционном усилителе 4, седьмом резисторе 13 и восьмом резисторе 14 собран неинвертирующий усилитель, входным сигналом для которого служит потенциал узла А в цепи, образованной третьим резистором 5 и четвертым резистором 6, а также первым диодом 7.A non-inverting amplifier is assembled on the second operational amplifier 4, the seventh resistor 13 and the eighth resistor 14, the input signal for which is the potential of the node A in the circuit formed by the third resistor 5 and the fourth resistor 6, as well as the first diode 7.

Такая схема является самозапускающейся при подаче напряжения питания при условии, что сопротивление третьего резистора 5 существенно больше, чем сопротивление четвертого резистора 6. На выходе второго операционного усилителя 4 формируется напряжение, равное потенциалу в точке А, умноженному на сумму отношения сопротивления седьмого резистора 13 к сопротивлению восьмого резистора 14 и единицы, т.е.Such a circuit is self-starting when the supply voltage is applied, provided that the resistance of the third resistor 5 is significantly greater than the resistance of the fourth resistor 6. At the output of the second operational amplifier 4, a voltage is formed equal to the potential at point A times the sum of the ratio of the resistance of the seventh resistor 13 to the resistance the eighth resistor 14 and units, i.e.

Uвых.оу4=UA·(RR13/RR14+1), гдеU out.ou4 = U A · (R R13 / R R14 +1), where

Uвых.оу4 - напряжение на выходе второго операционного усилителя 4;U oy.ou4 - voltage at the output of the second operational amplifier 4;

UA - напряжение в точке А - точке соединения третьего резистора 5 и четвертого резистора 6;U A - voltage at point A - the connection point of the third resistor 5 and the fourth resistor 6;

RR13 - сопротивление седьмого резистора 13;R R13 - resistance of the seventh resistor 13;

RR14 - сопротивление восьмого резистора 14.R R14 is the resistance of the eighth resistor 14.

Это напряжение не зависит от напряжения питания схемы. Однако оно зависит от температуры и с ростом последней уменьшается, так как уменьшается падение напряжения на диоде.This voltage is independent of the supply voltage of the circuit. However, it depends on temperature and decreases with an increase in the latter, since the voltage drop across the diode decreases.

Чтобы получить стабильное напряжение на выходе источника опорного напряжения, использована вторая цепь, содержащая пятый резистор 8 и шестой резистор 11, имеющие номиналы сопротивлений, равные соответственно сопротивлению третьего резистора 5 и четвертого резистора 6, а второй диод 9 имеет меньшую площадь р-n-перехода, чем первый диод 7. При этом потенциал в точке В выше, чем потенциал в точке А, и разность между ними с ростом температуры растет (см. фиг.2). На фиг.2 верхняя кривая отображает изменение потенциала точки В от температуры, а нижняя кривая - изменение потенциала точки А от температуры.To obtain a stable voltage at the output of the reference voltage source, a second circuit is used, containing the fifth resistor 8 and the sixth resistor 11, having resistance values equal to the resistance of the third resistor 5 and fourth resistor 6, respectively, and the second diode 9 has a smaller pn junction area than the first diode 7. Moreover, the potential at point B is higher than the potential at point A, and the difference between them increases with increasing temperature (see figure 2). In figure 2, the upper curve shows the change in the potential of point B from temperature, and the lower curve shows the change in potential of point A from temperature.

Дальнейшая задача состоит в том, чтобы усилить эту разность потенциалов до нужной величины и сложить со спадающей от роста температуры характеристикой напряжения на диоде. Чтобы входные токи последующих каскадов не вносили погрешностей в разность потенциалов между узлами А и В, в данном случае используются повторители этих потенциалов, выполненные на четвертом операционном усилителе 12 и третьем операционном усилителе 10. Первый операционный усилитель 1 с петлей обратной связи на первом резисторе 2 и втором резисторе 3 представляет собой неинвертирующий усилитель, входным сигналом для которого является потенциал точки В, уменьшающейся с ростом температуры. Соотношением сопротивлений второго резистора 2 и третьего резистора 3 задается наклон вольт-температурной характеристики узла С.A further task is to amplify this potential difference to the desired value and add it to the diode voltage characteristic decreasing as the temperature rises. So that the input currents of subsequent stages do not introduce errors in the potential difference between nodes A and B, in this case, followers of these potentials are used, made on the fourth operational amplifier 12 and the third operational amplifier 10. The first operational amplifier 1 with a feedback loop on the first resistor 2 and the second resistor 3 is a non-inverting amplifier, the input signal for which is the potential of point B, which decreases with increasing temperature. The ratio of the resistances of the second resistor 2 and the third resistor 3 sets the slope of the voltage-temperature characteristics of node C.

Пятый операционный усилитель 15 с петлей обратной связи на девятом резисторе 16 и десятом резисторе 17 и с третьей цепью на одиннадцатом резисторе 18 и двенадцатом резисторе 19 представляет собой дифференциальный усилитель, входными сигналами для которого являются потенциалы в точках А и В, так как потенциал на выходе четвертого операционного усилителя 12 равен потенциалу узла А, а потенциал на выходе третьего операционного усилителя 10 равен потенциалу узла В.The fifth operational amplifier 15 with a feedback loop on the ninth resistor 16 and the tenth resistor 17 and with a third circuit on the eleventh resistor 18 and twelfth resistor 19 is a differential amplifier, the input signals for which are the potentials at points A and B, since the potential at the output the fourth operational amplifier 12 is equal to the potential of the node A, and the potential at the output of the third operational amplifier 10 is equal to the potential of the node B.

Соотношением номиналов сопротивлений девятого резистора 16 и десятого резистора 17, а также двенадцатого резистора 19 и одиннадцатого резистора 18 задается наклон вольт-температурной характеристики узла D, при этом должно выполняться условие:The ratio of the nominal values of the resistances of the ninth resistor 16 and the tenth resistor 17, as well as the twelfth resistor 19 and the eleventh resistor 18, sets the slope of the voltage-temperature characteristic of node D, and the condition must be fulfilled:

RR16/RR17=RR19/RR18, гдеR R16 / R R17 = R R19 / R R18 , where

RR16 - сопротивление девятого резистора 16,R R16 is the resistance of the ninth resistor 16,

RR17 - сопротивление десятого резистора 17,R R17 - resistance of the tenth resistor 17,

RR18 - сопротивление одиннадцатого резистора 18,R R18 - the resistance of the eleventh resistor 18,

RR19 - сопротивление двенадцатого резистора 19.R R19 - resistance of the twelfth resistor 19.

Таким образом, с ростом температуры в точке (узле) С напряжение снижается, а в точке (узле) D напряжение повышается. Можно подобрать наклоны этих характеристик так, чтобы при суммировании они выдавали величину напряжения, не зависящую от температуры.Thus, with increasing temperature at the point (node) C, the voltage decreases, and at the point (node) D, the voltage increases. You can choose the slopes of these characteristics so that when summed, they give out a voltage value that is independent of temperature.

Четвертая цепь, состоящая из тринадцатого резистора 20 и четырнадцатого резистора 21, номиналы сопротивлений которых равны, выполняет роль сумматора токов, порождаемых потенциалами узлов С и D, и в точке соединения этих резисторов формируется выходное температурно-независимое напряжение (см. фиг.3).The fourth circuit, consisting of the thirteenth resistor 20 and the fourteenth resistor 21, the resistance values of which are equal, acts as an adder of currents generated by the potentials of nodes C and D, and an output temperature-independent voltage is formed at the connection point of these resistors (see Fig. 3).

Как видно из описания, величина опорного напряжения зависит от соотношения номиналов сопротивлений резисторов в схеме и отношения площадей p-n-переходов диодов, что в случае интегрального исполнения гарантируется технологическим процессом изготовления кристаллов. Так как в схеме нет ни одного транзистора, не охваченного обратной связью (все транзисторы внутри операционных усилителей), то сколько-нибудь существенного влияния на величину выходного напряжения технологический разброс транзисторов не оказывает. Изменение напряжения питания слабо влияет на величину выходного напряжения. Это иллюстрирует график, приведенный на фиг.4.As can be seen from the description, the magnitude of the reference voltage depends on the ratio of the resistor values of the resistors in the circuit and the ratio of the pn junctions of the diodes, which in the case of an integral design is guaranteed by the technological process of manufacturing crystals. Since there is not a single transistor in the circuit that is not covered by feedback (all transistors are inside operational amplifiers), the technological spread of the transistors does not have any significant effect on the output voltage. Changing the supply voltage only slightly affects the output voltage. This is illustrated in the graph of FIG. 4.

Claims (1)

Источник опорного напряжения, содержащий первый операционный усилитель, выход которого соединен с первым контактом первого резистора, а инвертирующий вход первого операционного усилителя соединен со вторым контактом первого резистора и с первым контактом второго резистора, второй контакт которого соединен с общим проводом, второй операционный усилитель, первую цепь, состоящую из третьего резистора, четвертого резистора и первого диода, вторую цепь, состоящую из пятого резистора и второго диода, выход второго операционного усилителя соединен с первым контактом пятого резистора и с первым контактом третьего резистора, второй контакт которого соединен с первым контактом четвертого резистора, второй контакт четвертого резистора соединен с анодом первого диода, катод первого диода и катод второго диода соединены с общим проводом, отличающийся тем, что дополнительно введены третий операционный усилитель, шестой резистор во второй цепи, четвертый операционный усилитель, петля обратной связи для второго операционного усилителя с седьмым резистором и с восьмым резистором, пятый операционный усилитель, девятый резистор, десятый резистор, одиннадцатый резистор, двенадцатый резистор, тринадцатый резистор, четырнадцатый резистор, выход второго операционного усилителя соединен с первым контактом седьмого резистора, а инвертирующий вход второго операционного усилителя соединен со вторым контактом седьмого резистора и с первым контактом восьмого резистора, второй контакт которого соединен с общим проводом, неинвертирующий вход второго операционного усилителя соединен с неинвертирующим входом четвертого операционного усилителя и подключен к точке соединения третьего резистора и четвертого резистора, а инвертирующий вход четвертого операционного усилителя соединен со своим выходом и с первым контактом десятого резистора, неинвертирующий вход третьего операционного усилителя подключен ко второму контакту пятого резистора и к первому контакту шестого резистора, второй контакт которого соединен с анодом второго диода, а инвертирующий вход третьего операционного усилителя соединен со своим выходом, с первым контактом одиннадцатого резистора и с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, выход которого соединен с первым контактом четырнадцатого резистора, при этом неинвертирующий вход пятого операционного усилителя соединен со вторым контактом одиннадцатого резистора и с первым контактом двенадцатого резистора, второй контакт которого соединен с общим проводом, а инвертирующий вход пятого операционного усилителя соединен со вторым контактом десятого резистора и с первым контактом девятого резистора, причем выход пятого операционного усилителя соединен со вторым контактом девятого резистора и с первым контактом тринадцатого резистора, второй контакт которого соединен со вторым контактом четырнадцатого резистора, место соединения тринадцатого резистора и четырнадцатого резистора является выходом источника опорного напряжения. A reference voltage source containing a first operational amplifier, the output of which is connected to the first contact of the first resistor, and the inverting input of the first operational amplifier is connected to the second contact of the first resistor and to the first contact of the second resistor, the second contact of which is connected to a common wire, the second operational amplifier, the first a circuit consisting of a third resistor, a fourth resistor and a first diode, a second circuit consisting of a fifth resistor and a second diode, the output of the second operational amplifier with connected to the first contact of the fifth resistor and to the first contact of the third resistor, the second contact of which is connected to the first contact of the fourth resistor, the second contact of the fourth resistor is connected to the anode of the first diode, the cathode of the first diode and the cathode of the second diode are connected to a common wire, characterized in that introduced a third operational amplifier, a sixth resistor in the second circuit, a fourth operational amplifier, a feedback loop for a second operational amplifier with a seventh resistor and an eighth resistor the fifth operational amplifier, the ninth resistor, the tenth resistor, the eleventh resistor, the twelfth resistor, the thirteenth resistor, the fourteenth resistor, the output of the second operational amplifier is connected to the first contact of the seventh resistor, and the inverting input of the second operational amplifier is connected to the second contact of the seventh resistor and to the first contact the eighth resistor, the second contact of which is connected to a common wire, the non-inverting input of the second operational amplifier is connected to the non-inverting input of the fourth operational amplifier and connected to the connection point of the third resistor and fourth resistor, and the inverting input of the fourth operational amplifier is connected to its output and to the first contact of the tenth resistor, the non-inverting input of the third operational amplifier is connected to the second contact of the fifth resistor and to the first contact of the sixth resistor, the second contact which is connected to the anode of the second diode, and the inverting input of the third operational amplifier is connected to its output, with the first contact of the eleventh cut the source and the non-inverting input of the first operational amplifier, the output of which is connected to the first contact of the fourteenth resistor, while the non-inverting input of the fifth operational amplifier is connected to the second contact of the eleventh resistor and the first contact of the twelfth resistor, the second contact of which is connected to a common wire, and the inverting input of the fifth an operational amplifier is connected to the second contact of the tenth resistor and to the first contact of the ninth resistor, the output of the fifth operational amplifier being connected inen with the second contact of the ninth resistor and with the first contact of the thirteenth resistor, the second contact of which is connected to the second contact of the fourteenth resistor, the junction of the thirteenth resistor and the fourteenth resistor is the output of the reference voltage source.
RU2007122554/09A 2007-06-18 2007-06-18 Reference voltage source RU2344464C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007122554/09A RU2344464C1 (en) 2007-06-18 2007-06-18 Reference voltage source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007122554/09A RU2344464C1 (en) 2007-06-18 2007-06-18 Reference voltage source

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2344464C1 true RU2344464C1 (en) 2009-01-20

Family

ID=40376127

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007122554/09A RU2344464C1 (en) 2007-06-18 2007-06-18 Reference voltage source

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2344464C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2519270C1 (en) * 2012-10-25 2014-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") Source of reference voltage
WO2015034534A1 (en) * 2013-09-09 2015-03-12 Intel Corporation Bandgap reference circuit with low output impedance stage and power-on detector
RU183391U1 (en) * 2018-07-05 2018-09-21 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") Reference voltage and current source
RU192191U1 (en) * 2019-04-11 2019-09-06 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт молекулярной электроники" POSSIBLE VOLTAGE SOURCE WITH A WIDE RANGE OF POSSIBLE VALUES

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2519270C1 (en) * 2012-10-25 2014-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") Source of reference voltage
WO2015034534A1 (en) * 2013-09-09 2015-03-12 Intel Corporation Bandgap reference circuit with low output impedance stage and power-on detector
US9921592B2 (en) 2013-09-09 2018-03-20 Intel Corporation Bandgap reference circuit with low output impedance stage and power-on detector
RU183391U1 (en) * 2018-07-05 2018-09-21 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") Reference voltage and current source
RU192191U1 (en) * 2019-04-11 2019-09-06 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт молекулярной электроники" POSSIBLE VOLTAGE SOURCE WITH A WIDE RANGE OF POSSIBLE VALUES

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7274250B2 (en) Low-voltage, buffered bandgap reference with selectable output voltage
US8106707B2 (en) Curvature compensated bandgap voltage reference
KR101437203B1 (en) Overheat protection circuit and power supply integrated circuit
US7902912B2 (en) Bias current generator
JP6061589B2 (en) Reference voltage circuit
RU2344464C1 (en) Reference voltage source
US8461914B2 (en) Reference signal generating circuit
KR920005259B1 (en) Voltage source
KR20120056222A (en) Constant current circuit and reference voltage circuit
US7456679B2 (en) Reference circuit and method for generating a reference signal from a reference circuit
TWI402655B (en) Constant current circuit
US6894555B2 (en) Bandgap reference circuit
RU94007U1 (en) POWER SUPPLY SOURCE
TWI632773B (en) Low power consumption power-on reset circuit and reference signal circuit
JP2007219901A (en) Reference current source circuit
JP2006031246A (en) Reference current generation circuit
CN114761903B (en) Reference voltage generating circuit
RU2426170C1 (en) Source of reference voltage
JP2754834B2 (en) Bandgap reference voltage generation circuit
KR100228354B1 (en) Reference voltage generator
Acharya et al. Logarithmic current electrometer using light emitting diodes
WO2021111994A1 (en) Reference voltage generating circuit
JP2000134045A (en) Voltage-to-current conversion circuit
EP1253499A1 (en) Current reference circuit for low supply voltages
JPH03139873A (en) Temperature detecting circuit

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090619