RU2461048C1 - Источник опорного напряжения - Google Patents
Источник опорного напряжения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2461048C1 RU2461048C1 RU2011123298/08A RU2011123298A RU2461048C1 RU 2461048 C1 RU2461048 C1 RU 2461048C1 RU 2011123298/08 A RU2011123298/08 A RU 2011123298/08A RU 2011123298 A RU2011123298 A RU 2011123298A RU 2461048 C1 RU2461048 C1 RU 2461048C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistor
- transistors
- collector
- resistor
- base
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве температурно-стабильного источника опорного напряжения. Технический результат заключается в снижении коэффициента нестабильности выходного напряжения при изменениях температуры, входного напряжения и тока нагрузки. Источник опорного напряжения содержит шесть транзисторов и три резистора, при этом первый резистор включен между выходной клеммой и соединением базы первого транзистора с коллектором второго транзистора, второй резистор включен между общей шиной и точкой соединения эмиттеров первого и второго транзисторов с коллектором шестого транзистора, третий резистор включен между шиной питания и точкой соединения баз пятого и шестого транзисторов с коллектором пятого транзистора, эмиттеры пятого и шестого транзисторов подключены к общей шине, эмиттеры третьего и четвертого транзисторов подключены к шине питания, базы третьего и четвертого транзисторов подключены к точке соединения коллекторов первого и третьего транзисторов, база второго транзистора и коллектор четвертого транзистора подключены к выходной клемме. 6 ил.
Description
Устройство относится к области электротехники и может быть использовано в качестве температурно-стабильного источника опорного напряжения (ИОН).
Известны температурно-стабильные источники опорного напряжения, основанные на ширине запрещенной зоны, однако не обладающие достаточно высокой стабильностью по другим параметрам. Например, стабильность выходного напряжения для диода Видлара [Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы: Пер. с англ. - М.: Мир, 1988. - С.206, рис.3.33] зависит от протекающего через него тока. А недостатком аналога, представленного на фиг.1 [US Patent 6642777. Voltage reference circuit with increased intrinsic accuracy / Kevin Scoones. - Nov.4, 2003], является недостаточно высокая стабильность по входному напряжению.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является компенсационный стабилизатор напряжения постоянного тока, приведенный на фиг.2 [Пат. 2117982 РФ. Компенсационный стабилизатор напряжения / Барилов И.В., Старченко Е.И. - Опубл. 20.08.1998, Бюл. №23].
Основным недостатком прототипа является невозможность его использования в качестве температурно-стабильного ИОН, так как опорное напряжение в нем самом задается внешним (идеальным) источником.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в обеспечении заявляемого технического результата - достижения стабильности выходного напряжения при изменениях температуры, входного напряжения и тока нагрузки.
Для достижения заявляемого технического результата в схему прототипа, содержащую первый и второй транзисторы, эмиттеры которых объединены, третий и четвертый транзисторы, эмиттеры которых подключены к шине питания, база и коллектор третьего транзистора соединяются с базой четвертого и коллектором первого транзистора, первый резистор, подключенный первым выводом к базе второго транзистора, второй резистор, включенный между эмиттером первого транзистора и общей шиной, пятый и шестой транзисторы, эмиттеры которых подключены к общей шине, третий резистор, включенный между шиной питания и точкой соединения баз пятого и шестого транзисторов с коллектором пятого транзистора, введено подключение коллектора шестого транзистора к эмиттеру первого транзистора, коллектора второго транзистора - к соединению базы первого транзистора и второго вывода первого резистора, коллектора четвертого транзистора - к соединению базы второго транзистора с выходной клеммой.
На фиг.1 приведена схема аналогичного заявляемому устройству температурно-стабильного источника опорного напряжения, основанного на ширине запрещенной зоны. На фиг.2 изображена схема прототипа. Схема заявляемого устройства представлена на фиг.3. На фиг.4, фиг.5, фиг.6 приведены результаты моделирования.
Заявляемый ИОН (фиг.3) содержит шесть транзисторов (с первого по шестой), обозначенные соответственно цифрами с 1 по 6, и три резистора (с первого по третий), соответствующие обозначениям 7, 8 и 9, при этом резистор 7 включен между выходной клеммой и соединением базы транзистора 1 с коллектором транзистора 2, резистор 8 включен между обшей шиной и точкой соединения эмиттеров транзисторов 1 и 2 с коллектором транзистора 6, резистор 9 включен между шиной питания и точкой соединения баз транзисторов 5 и 6 с коллектором транзистора 5, эмиттеры транзисторов 5 и 6 подключены к общей шине, эмиттеры транзисторов 3 и 4 подключены к шине питания, базы транзисторов 3 и 4 подключены к точке соединения коллекторов транзисторов 3 и 1, база транзистора 2 и коллектор транзистора 4 подключены к выходной клемме.
Работа заявляемого устройства аналогична работе схемы температурно-стабильного источника опорного напряжения (фиг.1). Однако равенство токов транзисторов 1 и 2 обеспечивается повторителем тока на транзисторах 3 и 4 (фиг.3), а не операционным усилителем, следящим за напряжением на резисторах R3, R4 (фиг.1). Нестабильность выходного напряжения по питающему в заявляемом ИОН обуславливается наличием конечного дифференциального сопротивления коллектор-база транзисторов 1, 3 (значение которого может быть существенно больше, чем сопротивление резисторов R3, R4) и оказывается меньше, чем в схеме аналога. Кроме того, приращение тока через резистор 9 и повторитель тока на транзисторах 5, 6 может полностью скомпенсировать нежелательное приращение выходного напряжения. Для этого сопротивление резистора 9 следует выбрать равным дифференциальному сопротивлению коллектор-база транзистора 1.
Существенное отличие работы заявляемого устройства от прототипа (фиг.2) заключается в том, что предложенное схемотехническое решение (фиг.3) позволяет не только возложить на транзисторы 1 и 2 функции усилителя сигнала ошибки, но и одновременно совместить их с формированием опорного напряжения.
Проведем анализ схемы заявляемого ИОН в предположении, что коэффициенты передачи β по току транзисторов достаточно велики, чтобы токами баз можно было пренебречь, повторители тока имеют единичный коэффициент передачи, а ток нагрузки Iн отсутствует. Выходное напряжение Uвыx такого стабилизатора определяется значением напряжения база-эмиттер Uбэ2 транзистора 2 и падением напряжения U8 на резисторе 8, что может быть описано следующим выражением:
где φт≈26 мВ - температурный потенциал; Is - тепловой (обратный) ток p-n перехода, пропорциональный его площади; R8 - сопротивление резистора 8; I1 и I2 - токи эмиттеров транзисторов 1 и 2 соответственно, принимаемые здесь равными, но не будем забывать, что I1=I2+Iн.
Определим падение напряжения U7 на резисторе 7 через разность напряжений база-эмиттер транзисторов 2 и 1 и запишем следующее выражение:
где R7 - сопротивление резистора 7; Uбэ1 - значение напряжения база-эмиттер транзистора 1; N - отношение площадей p-n переходов транзисторов 1 и 2.
Из представленных выражений следует, что значение токов эмиттеров транзисторов 1 и 2 задается отношением площадей p-n переходов и выбором сопротивления резистора 7, а значение выходного напряжения - выбором сопротивления резистора 8.
Для определения температурной стабильности следует продифференцировать выражения (1) и (2) по температуре Т. Оказывается, что напряжение база-эмиттер транзистора 2 имеет отрицательный дрейф dUбэ2 около 2 мВ/°С, a U7 (и, соответственно, I, а также U8) - положительный, определяемый из следующего выражения:
Причем изменением соотношения сопротивлений резисторов 7 и 8 в зависимости от заданных N и Т можно добиться вызванного изменением температуры приращения выходного напряжения dUвых, равного нулю по крайней мере в одной точке (при dUбэ2=-dU8), и минимально возможного приращения - в окрестностях этой точки. При этом выходное напряжение будет близко к ширине запрещенной зоны (1,2 В - для кремния).
Для оценки стабильности по току нагрузки следует продифференцировать выражение (1) по Iн. Для этого сначала продифференцируем (2) по току I2 и получим следующее равенство (при принятых допущениях I1=I2, β>>1):
где dI1 и dI2 - приращения тока эмиттера транзистора 1 и 2 соответственно.
Выражение (4) показывает взаимосвязь приращений токов I1 и I2, и определяется она только значением отношения N. Принципиально, чтобы N было больше, чем основание натурального логарифма. В противном случае схема будет охвачена не отрицательной, а положительной связью по току и окажется неработоспособной.
Так как приращение тока dI1=dI2+dIн, то выражение для приращения тока нагрузки dIн, с учетом (4), запишется в следующем виде:
Теперь, дифференцируя (1) и переходя к приращениям, можно записать выражение для dUвых.
где rэ=φт/I2 - дифференциальное сопротивление эмиттера транзистора 2.
Из (6), с учетом (1-5), можно выразить нестабильность по току нагрузки (выходное сопротивление):
Из (7) следует, что подбором соотношения значения N и сопротивлений резисторов 7 и 8 можно добиться не только температурной стабильности выходного напряжения, но и равенства выходного сопротивления (а значит и нестабильности по току нагрузки) нулю.
На фиг.4-6 приведены результаты схемотехнического моделирования в виде зависимостей изменения выходного напряжения заявляемого устройства (вертикальная ось) при изменении тока нагрузки в диапазоне от нуля до 10% тока эмиттера транзистора 1 или 2 (фиг.4), температуры - от 0 до 100°С (фиг.5), питающего напряжения - от 4 до 12 В (фиг.6). По результатам моделирования можно сделать следующий вывод: для настроенной схемы заявляемого ИОН абсолютная нестабильность выходного напряжения не превышает 1 мВ при выходном напряжении около 1,2 В.
Таким образом, и проведенный анализ, и данные схемотехнического моделирования подтверждают, что достигается заявляемый технический результат - снижение коэффициента нестабильности выходного напряжения при изменениях температуры, входного напряжения и тока нагрузки.
Claims (1)
- Стабилизатор напряжения, содержащий первый и второй транзисторы, эмиттеры которых объединены, третий и четвертый транзисторы, эмиттеры которых подключены к шине питания, база и коллектор третьего транзистора соединяются с базой четвертого и коллектором первого транзистора, первый резистор, подключенный первым выводом к базе второго транзистора, второй резистор, включенный между эмиттером первого транзистора и общей шиной, пятый и шестой транзисторы, эмиттеры которых подключены к общей шине, третий резистор, включенный между шиной питания и точкой соединения баз пятого и шестого транзисторов с коллектором пятого транзистора, отличающийся тем, что введено подключение коллектора шестого транзистора к эмиттеру первого транзистора, коллектора второго транзистора - к соединению базы первого транзистора и второго вывода первого резистора, коллектора четвертого транзистора - к соединению базы второго транзистора с выходной клеммой.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011123298/08A RU2461048C1 (ru) | 2011-06-08 | 2011-06-08 | Источник опорного напряжения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011123298/08A RU2461048C1 (ru) | 2011-06-08 | 2011-06-08 | Источник опорного напряжения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2461048C1 true RU2461048C1 (ru) | 2012-09-10 |
Family
ID=46939062
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011123298/08A RU2461048C1 (ru) | 2011-06-08 | 2011-06-08 | Источник опорного напряжения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2461048C1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2504817C1 (ru) * | 2012-09-28 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Источник опорного напряжения |
RU2514930C1 (ru) * | 2013-02-14 | 2014-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Источник опорного напряжения |
RU2520415C1 (ru) * | 2012-12-29 | 2014-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Источник опорного напряжения |
RU2541915C1 (ru) * | 2014-03-18 | 2015-02-20 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Источник опорного напряжения, определяемого удвоенной шириной запрещённой зоны |
RU2546079C1 (ru) * | 2014-02-25 | 2015-04-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Источник опорного напряжения на основе утроенной ширины запрещенной зоны кремния |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2115099C1 (ru) * | 1993-03-10 | 1998-07-10 | Александр Алексеевич Красин | Источник электрического сигнала, пропорционального абсолютной температуре |
RU2117982C1 (ru) * | 1996-07-26 | 1998-08-20 | Донская государственная академия сервиса | Компенсационный стабилизатор напряжения |
US5808507A (en) * | 1996-02-28 | 1998-09-15 | U.S. Philips Corporation | Temperature compensated reference voltage source |
-
2011
- 2011-06-08 RU RU2011123298/08A patent/RU2461048C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2115099C1 (ru) * | 1993-03-10 | 1998-07-10 | Александр Алексеевич Красин | Источник электрического сигнала, пропорционального абсолютной температуре |
US5808507A (en) * | 1996-02-28 | 1998-09-15 | U.S. Philips Corporation | Temperature compensated reference voltage source |
RU2117982C1 (ru) * | 1996-07-26 | 1998-08-20 | Донская государственная академия сервиса | Компенсационный стабилизатор напряжения |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2504817C1 (ru) * | 2012-09-28 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Источник опорного напряжения |
RU2520415C1 (ru) * | 2012-12-29 | 2014-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Источник опорного напряжения |
RU2514930C1 (ru) * | 2013-02-14 | 2014-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Источник опорного напряжения |
RU2546079C1 (ru) * | 2014-02-25 | 2015-04-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Источник опорного напряжения на основе утроенной ширины запрещенной зоны кремния |
RU2541915C1 (ru) * | 2014-03-18 | 2015-02-20 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Источник опорного напряжения, определяемого удвоенной шириной запрещённой зоны |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101829416B1 (ko) | 보상된 밴드갭 | |
US8063623B2 (en) | Analog compensation circuit | |
CN106959723A (zh) | 一种宽输入范围高电源抑制比的带隙基准电压源 | |
EP0194031A1 (en) | CMOS bandgap reference voltage circuits | |
TWI405068B (zh) | 趨近零溫度係數的電壓與電流產生器 | |
RU2461048C1 (ru) | Источник опорного напряжения | |
CN101943926B (zh) | 具有温度补偿的电压参考电路 | |
JP2002149252A (ja) | バンドギャップレファレンス回路 | |
CN108646845B (zh) | 基准电压电路 | |
CN104375545A (zh) | 带隙参考电压电路与其电子装置 | |
CN103197722A (zh) | 一种低静态功耗的电流模带隙基准电压电路 | |
JP2010224594A (ja) | 電圧発生回路 | |
US9568933B2 (en) | Circuit and method for generating a bandgap reference voltage | |
CN111427406B (zh) | 带隙基准电路 | |
US7609044B2 (en) | Current generator | |
CN104820460B (zh) | 一种带隙基准电压源电路 | |
CN100547916C (zh) | 对数线性型的电流产生器及相关的可变增益放大器 | |
TWI716323B (zh) | 電壓產生器 | |
TWI688205B (zh) | 帶差電壓參考電路 | |
CN213149573U (zh) | 零温漂电流源 | |
WO2023070912A1 (zh) | 基准电压电路及其设计方法 | |
JPH04127703A (ja) | 演算増幅回路 | |
CN218122538U (zh) | 带有高阶温度补偿的基准电路 | |
CN112527043B (zh) | 一种具有工艺补偿的基准电压电路 | |
TW201401012A (zh) | 電壓產生器及能帶隙參考電路 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130609 |