RU2488874C1 - Source of reference voltage determined through energy gap doubled width - Google Patents
Source of reference voltage determined through energy gap doubled width Download PDFInfo
- Publication number
- RU2488874C1 RU2488874C1 RU2012129146/08A RU2012129146A RU2488874C1 RU 2488874 C1 RU2488874 C1 RU 2488874C1 RU 2012129146/08 A RU2012129146/08 A RU 2012129146/08A RU 2012129146 A RU2012129146 A RU 2012129146A RU 2488874 C1 RU2488874 C1 RU 2488874C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistor
- transistors
- emitter
- resistor
- output
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Устройство относится к области электротехники и может быть использовано в качестве температурно-стабильного источника опорного напряжения (ИОН).The device relates to the field of electrical engineering and can be used as a temperature-stable source of reference voltage (ION).
Известны температурно-стабильные источники опорного напряжения, определяемого удвоенной шириной запрещенной зоны полупроводника, к недостатком которых относится излишняя сложность, вызванная использованием большого количества элементов [U.S. Patent 4380706. Voltage reference circuit / Robert S. Wrathall. - Dec. 24, 1980], и необходимость дополнительного подключения к источнику питающего напряжения, а не только к источнику тока [Соклоф С.Аналоговые интегральные схемы: Пер. с англ. - М.: Мир, 1988. - С.240, рис.3.27], что существенно затрудняет их использование в качестве опорного диода.Known temperature-stable sources of reference voltage, determined by the doubled band gap of the semiconductor, the disadvantage of which is the excessive complexity caused by the use of a large number of elements [U.S. Patent 4380706. Voltage reference circuit / Robert S. Wrathall. - Dec. 24, 1980], and the need for additional connection to a power supply source, and not just to a current source [Soklof S. Analog Integrated Circuits: Trans. from English - M .: Mir, 1988. - P.240, fig. 3.27], which significantly complicates their use as a reference diode.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является диод Видлара, приведенный на фиг.1 [Соклоф С.Аналоговые интегральные схемы: Пер. с англ.- М.: Мир, 1988 - С.206, рис.3.33]. Недостатком, а точнее, особенностью прототипа является возможность его использования в качестве температурно-стабильного ИОН только тогда, когда опорное напряжение близко к значению ширины запрещенной зоны.The closest technical solution adopted for the prototype is a Vidlar diode, shown in figure 1 [Soklof S. Analog integrated circuits: TRANS. from English. - M.: Mir, 1988 - P.206, Fig. 3.33]. The disadvantage, or rather, a feature of the prototype is the possibility of its use as a temperature-stable ion only when the reference voltage is close to the value of the band gap.
Задача, на решение которой направлено предполагаемое изобретение, заключается в обеспечении заявляемого технического результата - получении температурно-стабильного выходного напряжения при значениях, близких к удвоенной ширине запрещенной зоны.The problem to which the alleged invention is directed, is to provide the claimed technical result - obtaining a temperature-stable output voltage at values close to double the band gap.
Для достижения заявляемого технического результата в схему прототипа, содержащую первый и второй резисторы, подключенные первыми выводами к выходной клемме, первый и второй транзисторы, базы которых соединяются с коллектором первого транзистора, третий резистор, включенный между общей шиной и эмиттером второго транзистора, третий транзистор, база которого соединяется с коллектором второго транзистора, источник тока, включенный между шиной питания и выходной клеммой, эмиттеры первого и третьего транзисторов подключены к общей шине, коллектор третьего транзистора подключен к выходной клемме, введены четвертый и пятый транзисторы, базы которых соединяются с коллекторами второго и четвертого транзисторов, эмиттер четвертого транзистора подключен ко второму выводу второго резистора, эмиттер пятого транзистора подключен ко второму выводу первого резистора, коллектор пятого транзистора подключен к коллектору первого транзистора.To achieve the claimed technical result, in the prototype circuit containing the first and second resistors connected by the first leads to the output terminal, the first and second transistors, the bases of which are connected to the collector of the first transistor, the third resistor connected between the common bus and the emitter of the second transistor, the third transistor, the base of which is connected to the collector of the second transistor, a current source connected between the power bus and the output terminal, the emitters of the first and third transistors are connected to a common bus, to the lecturer of the third transistor is connected to the output terminal, the fourth and fifth transistors are introduced, the bases of which are connected to the collectors of the second and fourth transistors, the emitter of the fourth transistor is connected to the second terminal of the second resistor, the emitter of the fifth transistor is connected to the second terminal of the first resistor, the collector of the fifth transistor is connected to the collector first transistor.
Схема прототипа приведена на фиг.1. Схема заявляемого устройства представлена на фиг.2. На фиг.3 приведены результаты моделирования.The prototype diagram is shown in figure 1. A diagram of the inventive device is presented in figure 2. Figure 3 shows the simulation results.
Заявляемый ИОН (фиг.2) содержит пять транзисторов (с первого по пятый), обозначенных, соответственно, цифрами 1-5, и три резистора (с первого по третий), обозначенные, соответственно, цифрами 6, 7 и 8 и источник тока 9, включенный между шиной питания и выходной клеммой, резисторы 6 и 7 подключены первыми выводами к выходной клемме, базы транзисторов 1 и 2 соединяются с коллекторами транзисторов 1 и 5, резистор 8 включен между общей шиной и эмиттером транзистора 2, эмиттеры транзисторов 1 и 3 подключены к общей шине, коллектор транзистора 3 подключен к выходной клемме, базы транзисторов 3, 4 и 5 соединяются с коллекторами транзисторов 2 и 4, эмиттер транзистора 4 подключен ко второму выводу резистора 7, эмиттер транзистора 5 подключен ко второму выводу резистора 6.The inventive ION (figure 2) contains five transistors (first to fifth), respectively, indicated by the numbers 1-5, and three resistors (first to third), indicated, respectively, by the numbers 6, 7 and 8 and the current source 9 connected between the power bus and the output terminal, resistors 6 and 7 are connected by the first conclusions to the output terminal, the bases of transistors 1 and 2 are connected to the collectors of transistors 1 and 5, the resistor 8 is connected between the common bus and the emitter of transistor 2, the emitters of transistors 1 and 3 are connected to the common bus, the collector of transistor 3 is connected to the output hydrochloric terminal bases of transistors 3, 4 and 5 are connected to the collectors of the transistors 2 and 4, the emitter of the transistor 4 is connected to the second terminal of the resistor 7, the emitter of transistor 5 is connected to the second terminal of the resistor 6.
Прежде чем рассмотреть работу заявляемого устройства, рассмотрим работу схемы прототипа (фиг.1), так как это необходимо для сопоставительного анализа. При этом допустим, что токи баз транзисторов пренебрежимо малы, а ток нагрузки отсутствует. Выходное напряжение Uвых прототипа определяется значением напряжения база-эмиттер Uбэ3 транзистора VT3 и падением напряжения U2 на резисторе R2, что может быть описано следующим выражением:Before you consider the operation of the claimed device, consider the operation of the prototype circuit (figure 1), as it is necessary for comparative analysis. In this case, let us assume that the base currents of the transistors are negligible, and the load current is absent. The output voltage U o of the prototype is determined by the value of the base-emitter voltage U be3 of the transistor VT3 and the voltage drop U2 on the resistor R2, which can be described by the following expression:
где φT≈26 мВ - температурный потенциал; I2 и I3 - токи эмиттеров транзисторов VT2 и VT3 соответственно; Is - ток насыщения обратносмещенного p-n перехода, пропорциональный его площади; R2 - сопротивление резистора R2.where φ T ≈26 mV is the temperature potential; I 2 and I 3 are the emitter currents of transistors VT2 and VT3, respectively; I s is the saturation current of the reverse biased pn junction, proportional to its area; R 2 is the resistance of the resistor R2.
Для нахождения тока I2 следует учесть напряжения база-эмиттер Uбэ1 и Uбэ2, соответственно, транзисторов VT1 и VT2 и падение напряжения U3 на резисторе R3, записав выражение:To find the current I 2 should take into account the voltage of the base-emitter U be1 and U be2 , respectively, of transistors VT1 and VT2 and the voltage drop U 3 on the resistor R3, writing the expression:
U3=Uбэ1-Uбэ2,U 3 = U be1 -U be2 ,
или
где R3 - сопротивление резистора R3; I1 - ток эмиттера транзистора VT1; N - отношение площадей эмиттеров транзисторов VT2 и VT1.where R 3 is the resistance of the resistor R3; I 1 is the emitter current of the transistor VT1; N is the ratio of the emitter areas of transistors VT2 and VT1.
Приближенное соотношение (2) справедливо при равенстве токов I1 и I2. Отсюда можно определить токThe approximate relation (2) is valid when the currents I 1 and I 2 are equal. From here you can determine the current
Дифференцируя выражение (3), можно определить зависимость приращения тока I2 от температуры Т:Differentiating expression (3), we can determine the dependence of the current increment I 2 on temperature T:
где φT=kT/q; k - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура; q - заряд электрона.where φ T = kT / q; k is the Boltzmann constant; T is the absolute temperature; q is the electron charge.
Дифференцируя выражение (1), получимDifferentiating expression (1), we obtain
Для нахождения приращения dUбэ3 следует учесть зависимостьTo find the increment dU be3 , the dependence
где C - постоянный коэффициент, определяемый технологией производства интегрального транзистора; E - энергетическая ширина запрещенной зоны при абсолютном нуле, полученная линейной экстраполяцией от комнатной температуры к абсолютному нулю, равная для кремния 1,205 В.where C is a constant coefficient determined by the production technology of the integrated transistor; E is the energy band gap at absolute zero, obtained by linear extrapolation from room temperature to absolute zero, equal to 1.205 V.
Можно показать, что выражение (5), с учетом (1), (4), (6), приводится к видуIt can be shown that expression (5), taking into account (1), (4), (6), is reduced to the form
Приравнивая (7) к нулю, при неизменном токе I3, получаемEquating (7) to zero, at a constant current I 3 , we obtain
Следовательно, при выходном напряжении, определяемом в основном шириной запрещенной зоны, нестабильность выходного напряжения по температуре близка к нулю.Therefore, when the output voltage is determined mainly by the band gap, the instability of the output voltage is close to zero in temperature.
Так как сумма токов I1, I2 и I3 постоянна, то приращение dI3=-dI1-dI2, а при равных токах I1, I2, I3, и приближенном равенстве приращений dI1 и dI2, с учетом (4), получаемSince the sum of the currents I 1 , I 2 and I 3 is constant, the increment dI 3 = -dI 1 -dI 2 , and for equal currents I 1 , I 2 , I 3 , and the approximate equality of the increments dI 1 and dI 2 , s taking into account (4), we obtain
Выражение (7), с учетом (9), можно записать в следующем виде:Expression (7), taking into account (9), can be written in the following form:
Работа заявляемого устройства аналогична работе диода Видлара (фиг.1). Однако равенство токов транзисторов 1 и 2 (фиг.2) обеспечивается уже более точно повторителем тока на транзисторах 4, 5 и резисторах 6, 7. А выходное напряжение определяется еще и значением напряжения база-эмиттер Uбэ4 транзистора 4, что описывается следующим выражением:The operation of the claimed device is similar to the work of the Vidlar diode (figure 1). However, the equality of the currents of transistors 1 and 2 (Fig. 2) is already provided more accurately by the current follower on transistors 4, 5 and resistors 6, 7. And the output voltage is also determined by the value of the base-emitter voltage U be4 of transistor 4, which is described by the following expression:
где R7 - сопротивление резистора 7; I2 и I3 - токи эмиттеров транзисторов 4 и 3 соответственно.where R 7 is the resistance of the resistor 7; I 2 and I 3 are the emitter currents of transistors 4 and 3, respectively.
Ток I2 равен току I1 эмиттера транзистора 1 и определяется выражением:The current I 2 is equal to the current I 1 of the emitter of the transistor 1 and is determined by the expression:
где R8 - сопротивление резистора 8; N - отношение площадей эмиттеров транзисторов 2 и 1.where R 8 is the resistance of the resistor 8; N is the ratio of the emitter areas of transistors 2 and 1.
Дифференцируя выражение (12), можно вывести равенства:Differentiating expression (12), we can derive the equalities:
Дифференцируя выражение (11), с учетом (6) и (12), получим:Differentiating expression (11), taking into account (6) and (12), we obtain:
Или, с учетом (9) и (13)Or, taking into account (9) and (13)
Следовательно, нестабильность выходного напряжения заявляемого устройства по температуре близка к нулю при выходном напряжении, определяемом в основном удвоенной шириной запрещенной зоны.Therefore, the instability of the output voltage of the claimed device in temperature is close to zero at the output voltage, determined mainly by the doubled band gap.
Полагая, что для схемы прототипа Uвых=2φT+Е, а для схемы заявляемого устройства Uвых=2(2φ+Е) можно получить оценку абсолютного изменения выходного напряжения через приращение температуры. Примечательно, что эта оценка оказывается одинаковой для обеих схем:Assuming that for the prototype circuit U o = 2φ T + E, and for the circuit of the claimed device U o = 2 (2φ + E), an estimate of the absolute change in the output voltage through a temperature increment can be obtained. It is noteworthy that this estimate turns out to be the same for both schemes:
А поскольку выходное напряжение заявляемого устройства вдвое больше, чем у прототипа, то относительная нестабильность оказывается вдвое меньше.And since the output voltage of the claimed device is twice that of the prototype, the relative instability is half that.
Представленные на фиг.3 результаты моделирования отображают зависимость выходного напряжения прототипа (out1) и заявляемого устройства (out2) от температуры. При этом для удобства сравнения напряжение out1 увеличено на 1.132B. Отклонение от расчетного значения не превышает 10%.Presented in figure 3, the simulation results reflect the dependence of the output voltage of the prototype (out1) and the inventive device (out2) on temperature. At the same time, for convenience of comparison, the voltage out1 is increased by 1.132B. Deviation from the calculated value does not exceed 10%.
Таким образом, и проведенный анализ, и данные схемотехнического моделирования подтверждают, что для заявляемого устройства достигается заявляемый технический результат - получается температурно-стабильное выходное напряжение при значениях, близких к удвоенной ширине запрещенной зоны.Thus, both the analysis and the data of circuit simulation confirm that the claimed technical result is achieved for the claimed device — a temperature-stable output voltage is obtained at values close to double the band gap.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012129146/08A RU2488874C1 (en) | 2012-07-10 | 2012-07-10 | Source of reference voltage determined through energy gap doubled width |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012129146/08A RU2488874C1 (en) | 2012-07-10 | 2012-07-10 | Source of reference voltage determined through energy gap doubled width |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2488874C1 true RU2488874C1 (en) | 2013-07-27 |
Family
ID=49155749
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012129146/08A RU2488874C1 (en) | 2012-07-10 | 2012-07-10 | Source of reference voltage determined through energy gap doubled width |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2488874C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2394266C1 (en) * | 2009-05-15 | 2010-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Balance-type voltage stabiliser |
RU2409830C1 (en) * | 2009-12-02 | 2011-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Degenerative voltage stabiliser |
CN202067171U (en) * | 2011-04-25 | 2011-12-07 | 上海集成电路研发中心有限公司 | Low dropout linear regulator |
RU2451972C1 (en) * | 2011-02-22 | 2012-05-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Dc voltage stabiliser |
-
2012
- 2012-07-10 RU RU2012129146/08A patent/RU2488874C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2394266C1 (en) * | 2009-05-15 | 2010-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Balance-type voltage stabiliser |
RU2409830C1 (en) * | 2009-12-02 | 2011-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Degenerative voltage stabiliser |
RU2451972C1 (en) * | 2011-02-22 | 2012-05-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Dc voltage stabiliser |
CN202067171U (en) * | 2011-04-25 | 2011-12-07 | 上海集成电路研发中心有限公司 | Low dropout linear regulator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7812663B2 (en) | Bandgap voltage reference circuit | |
CN103092253B (en) | Generating circuit from reference voltage | |
CN105974996B (en) | A kind of reference voltage source | |
US20070080741A1 (en) | Bandgap reference voltage circuit | |
TWI570537B (en) | Reference voltage circuit | |
CN103076830A (en) | Bandgap reference circuit | |
CN103472883B (en) | Voltage generator and energy band gap reference circuit | |
CN103294100A (en) | Reference current source circuit compensating resistor temperature drift coefficient | |
CN106055002A (en) | Band-gap reference circuit with low voltage output | |
CN105824348A (en) | Reference-voltage circuit | |
CN102375468B (en) | Band gap reference circuit and band gap reference current source | |
CN103365330A (en) | Reference voltage/current generation device | |
US7843231B2 (en) | Temperature-compensated voltage comparator | |
CN103472878B (en) | Reference current source | |
US20100102795A1 (en) | Bandgap voltage reference circuit | |
RU2488874C1 (en) | Source of reference voltage determined through energy gap doubled width | |
RU2518974C2 (en) | Source of reference voltage | |
RU2504817C1 (en) | Source of reference voltage | |
CN112433556A (en) | Improved band-gap reference voltage circuit | |
CN101840243A (en) | CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) band-gap reference voltage generation circuit | |
RU2523121C1 (en) | Source of reference voltage | |
EP3244281B1 (en) | An on chip temperature independent current generator | |
RU2541915C1 (en) | Source of reference voltage determined through energy gap doubled width | |
RU2530260C1 (en) | Heat stable reference voltage source base on stabilitron | |
RU2580458C1 (en) | Reference voltage source |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140711 |