RU2518974C2 - Source of reference voltage - Google Patents
Source of reference voltage Download PDFInfo
- Publication number
- RU2518974C2 RU2518974C2 RU2012142423/08A RU2012142423A RU2518974C2 RU 2518974 C2 RU2518974 C2 RU 2518974C2 RU 2012142423/08 A RU2012142423/08 A RU 2012142423/08A RU 2012142423 A RU2012142423 A RU 2012142423A RU 2518974 C2 RU2518974 C2 RU 2518974C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistors
- transistor
- output terminal
- resistor
- collector
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Electrical Variables (AREA)
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 недостаткам 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.33.27], 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 disadvantages of which include 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. 33.27], 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 предлагаемое 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 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 транзисторы, базы которых соединяются с коллектором первого транзистора, третий транзистор, база которого соединяется с коллектором второго транзистора, первый резистор, включенный между общей шиной и эмиттером второго транзистора, второй резистор, подключенный первым выводом к выходной клемме, источник тока, включенный между шиной питания и выходной клеммой, при этом эмиттеры первого и третьего транзисторов подключены к общей шине, а коллектор третьего транзистора подключен к выходной клемме, введены четвертый и пятый транзисторы, базы которых соединяются с коллекторами четвертого и второго транзисторов, коллектор пятого транзистора подключен к коллектору первого транзистора, эмиттеры четвертого и пятого транзисторов подключены ко второму выводу второго резистора.To achieve the claimed technical result, a prototype circuit containing the first and second transistors, the bases of which are connected to the collector of the first transistor, the third transistor, the base of which is connected to the collector of the second transistor, the first resistor connected between the common bus and the emitter of the second transistor, the second resistor connected the first output to the output terminal, a current source connected between the power bus and the output terminal, while the emitters of the first and third transistors are connected to a common bus, and the the vector 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 fourth and second transistors, the collector of the fifth transistor is connected to the collector of the first transistor, the emitters of the fourth and fifth transistors are connected to the second output of the second resistor.
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, два резистора, обозначенные цифрами 6 и 7, и источник тока 8, включенный между шиной питания и выходной клеммой, при этом базы транзисторов 1 и 2 соединяются с коллекторами транзисторов 1 и 5, резистор 7 включен между общей шиной и эмиттером транзистора 2, эмиттеры транзисторов 1 и 3 подключены к общей шине, базы транзисторов 3, 4 и 5 соединяются с коллекторами транзисторов 2 и 4, коллектор транзистора 3 подключен к выходной клемме, резистор 6 включен между выходной клеммой и объединенными эмиттерами транзисторов 4 и 5.The inventive ION (figure 2) contains five transistors (first to fifth), respectively, indicated by the numbers 1-5, two resistors, indicated by the numbers 6 and 7, and a current source 8 connected between the power bus and the output terminal, while the bases of transistors 1 and 2 are connected to the collectors of transistors 1 and 5, the resistor 7 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 bases of transistors 3, 4 and 5 are connected to the collectors of transistors 2 and 4, the collector transistor 3 is connected to the output terminal, the resistor is 6 v connected between the output terminal and the combined emitters of transistors 4 and 5.
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 transistor VT3 and the voltage drop U 2 on resistor R2, which can be described by the following expression:
где φт-=kT/q - температурный потенциал; k - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура; q - заряд электрона; I2 и I3 - токи эмиттеров транзисторов VT2 и VT3 соответственно; Is - ток насыщения обратносмещенного р-n перехода, пропорциональный его площади; R2 - сопротивление резистора R2.where φ t - = kT / q is the temperature potential; k is the Boltzmann constant; T is the absolute temperature; q is the electron charge; 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 the transistors VT1 and VT2 and the voltage drop U 3 on the resistor R3, writing the expression:
илиor
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 areas of the emitters 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:
Дифференцируя выражение (1), получимDifferentiating expression (1), we obtain
Для нахождения приращения dUбэ3 следует учесть зависимостьTo find the increment dU be3 , the dependence
где С - постоянный коэффициент, определяемый технологией производства интегрального транзистора; Е - 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), can be reduced to
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, a 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 with equal currents I 1 , I 2 , I 3 and the approximate equality of the increments dI 1 and dI 2 taking into account ( 4) we get
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 эмиттерных токов I1 и I2 транзисторов 1 и 2 соответственно (фиг.2) обеспечивается уже более точно повторителем тока на транзисторах 4, 5. При этом ток I2 равен току I1 (а также эмиттерным токам транзисторов 4 и 5) и определяется выражением:The operation of the claimed device is similar to the work of the Vidlar diode (figure 1). However, the equality of the emitter currents I 1 and I 2 of the transistors 1 and 2, respectively (Fig. 2) is provided more accurately by the current follower on the transistors 4, 5. Moreover, the current I 2 is equal to the current I 1 (as well as the emitter currents of the transistors 4 and 5) and is determined by the expression:
где R7 - сопротивление резистора 7; N - отношение площадей эмиттеров транзисторов 2 и 1.where R 7 is the resistance of the resistor 7; N is the ratio of the emitter areas of transistors 2 and 1.
А выходное напряжение определяется еще и значением напряжения база-эмиттер Uбэ4 транзистора 4, что описывается следующим выражением: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 R6 - сопротивление резистора 6; I3 - ток эмиттера транзистора 3. Дифференцируя выражение (11), можно вывести равенства:where R 6 is the resistance of the resistor 6; I 3 is the emitter current of transistor 3. By differentiating expression (11), we can derive the equalities:
Дифференцируя выражение (12), с учетом (6) и (11) получим:Differentiating expression (12), taking into account (6) and (11) 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=2φт+Е, а для схемы заявляемого устройства Uвых=2(2φт+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 out = 2φ t + E, and for the circuit of the claimed device U out = 2 (2φ t + E), we can obtain an estimate of the absolute change in the output voltage through a temperature increment. 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 (out2) и заявляемого устройства (out1) от температуры. При этом для удобства сравнения напряжение out2 увеличено на 1.131 В. Отклонение от расчетного значения не превышает 10%.Presented in figure 3, the simulation results reflect the dependence of the output voltage of the prototype (out2) and the claimed device (out1) on temperature. Moreover, for convenience of comparison, the voltage out2 is increased by 1.131 V. The 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 |
---|---|---|---|
RU2012142423/08A RU2518974C2 (en) | 2012-10-04 | 2012-10-04 | Source of reference voltage |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012142423/08A RU2518974C2 (en) | 2012-10-04 | 2012-10-04 | Source of reference voltage |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012142423A RU2012142423A (en) | 2014-04-10 |
RU2518974C2 true RU2518974C2 (en) | 2014-06-10 |
Family
ID=50435946
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012142423/08A RU2518974C2 (en) | 2012-10-04 | 2012-10-04 | Source of reference voltage |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2518974C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2146388C1 (en) * | 1991-06-12 | 2000-03-10 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Circuit for generation of internal supplying voltage |
US20040032293A1 (en) * | 2002-08-13 | 2004-02-19 | Semiconductor Components Industries, Llc. | Circuit and method for a programmable reference voltage |
US7626374B2 (en) * | 2006-10-06 | 2009-12-01 | Wolfson Microelectronics Plc | Voltage reference circuit |
RU94007U1 (en) * | 2009-12-03 | 2010-05-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | POWER SUPPLY SOURCE |
-
2012
- 2012-10-04 RU RU2012142423/08A patent/RU2518974C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2146388C1 (en) * | 1991-06-12 | 2000-03-10 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Circuit for generation of internal supplying voltage |
US20040032293A1 (en) * | 2002-08-13 | 2004-02-19 | Semiconductor Components Industries, Llc. | Circuit and method for a programmable reference voltage |
US7626374B2 (en) * | 2006-10-06 | 2009-12-01 | Wolfson Microelectronics Plc | Voltage reference circuit |
RU94007U1 (en) * | 2009-12-03 | 2010-05-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | POWER SUPPLY SOURCE |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012142423A (en) | 2014-04-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101382812B (en) | Reference voltage circuit | |
CN107608441B (en) | A kind of high-performance reference voltage source | |
CN105974996B (en) | Reference voltage source | |
CN109901656B (en) | Low-power-consumption full-MOS tube band-gap reference circuit and converter based on same | |
CN103076830A (en) | Bandgap reference circuit | |
CN105824348B (en) | A kind of circuit of reference voltage | |
CN108334144B (en) | High-performance reference voltage source and implementation method thereof | |
CN106055002A (en) | Band-gap reference circuit with low voltage output | |
TW201214080A (en) | Circuit and method for generating reference voltage and reference current | |
CN102681587A (en) | Low-temperature drifting reference voltage and reference current generating circuit | |
TW201339795A (en) | Reference-voltage circuit | |
CN103294100A (en) | Reference current source circuit compensating resistor temperature drift coefficient | |
CN212322146U (en) | Current reference circuit with temperature compensation | |
CN114237339A (en) | Band-gap reference voltage circuit and compensation method of band-gap reference voltage | |
US7843231B2 (en) | Temperature-compensated voltage comparator | |
CN103365330A (en) | Reference voltage/current generation device | |
CN103645769B (en) | low-voltage band-gap reference source circuit | |
CN102854913B (en) | A kind of band gap reference voltage source circuit | |
CN103472878B (en) | Reference current source | |
CN103941796B (en) | Band-gap reference circuit | |
CN109240407A (en) | A kind of a reference source | |
RU2518974C2 (en) | Source of reference voltage | |
RU2504817C1 (en) | Source of reference voltage | |
CN112433556A (en) | Improved band-gap reference voltage circuit | |
CN105159381A (en) | Band-gap reference voltage source with index compensation feature |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141005 |