RU2767037C1 - Bipolar voltage source - Google Patents

Bipolar voltage source Download PDF

Info

Publication number
RU2767037C1
RU2767037C1 RU2021127075A RU2021127075A RU2767037C1 RU 2767037 C1 RU2767037 C1 RU 2767037C1 RU 2021127075 A RU2021127075 A RU 2021127075A RU 2021127075 A RU2021127075 A RU 2021127075A RU 2767037 C1 RU2767037 C1 RU 2767037C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
differential amplifier
inverting input
resistor
bipolar voltage
Prior art date
Application number
RU2021127075A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Николаевич Бондарь
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ставропольский государственный аграрный университет»
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ставропольский государственный аграрный университет» filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ставропольский государственный аграрный университет»
Priority to RU2021127075A priority Critical patent/RU2767037C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2767037C1 publication Critical patent/RU2767037C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00—Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02—Regulating voltage or current
    • G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering and can be used to power various electronic devices, for example operational amplifiers, analogue-to-digital converters, digital-to-analogue converters. Bipolar voltage source contains four differential amplifiers, two stabilitrons and four resistors. Technical result is achieved due to introduction of two additional differential amplifiers performing the function of non-inverting voltage repeaters.EFFECT: reduction of output resistance and expansion of functional capabilities of the device as a source of bipolar voltage.1 cl, 1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention belongs

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания различных электронных устройств, например, операционных усилителей, аналого-цифровых преобразователей, цифроаналоговых преобразователей.The invention relates to electrical engineering and can be used to power various electronic devices, such as operational amplifiers, analog-to-digital converters, digital-to-analog converters.

Уровень техникиState of the art

Известен двухполярный источник напряжения, содержащий стабилизаторы напряжения положительной и отрицательной полярности, выполненные соответственно на первом и втором операционных усилителях, при этом выходы усилителей являются выходами соответствующих стабилизаторов напряжения, выход первого усилителя через стабилитрон и резистор соединен соответственно с инвертирующими входами первого и второго усилителей, выход второго усилителя через резисторы соединен со входами первого усилителя, а неинвертируюший вход второго усилителя соединен с общим выводом источника («Электроника», 1975, №4, с. 51-57).A bipolar voltage source is known, containing voltage regulators of positive and negative polarity, made respectively on the first and second operational amplifiers, while the outputs of the amplifiers are the outputs of the corresponding voltage regulators, the output of the first amplifier through a zener diode and a resistor is connected, respectively, to the inverting inputs of the first and second amplifiers, the output the second amplifier is connected through resistors to the inputs of the first amplifier, and the non-inverting input of the second amplifier is connected to the common output of the source ("Electronics", 1975, No. 4, pp. 51-57).

Недостатком известного устройства является ограниченные функциональные возможности, не позволяющие получить на выходах, источника напряжения менее напряжения опорного стабилитрона.The disadvantage of the known device is the limited functionality, which does not allow to obtain at the outputs, a voltage source less than the voltage of the reference zener diode.

Известен двухполярный источник напряжения (Авторское свидетельство СССР № 875362, Кл. G05F 1/56, 1981) содержащий стабилизаторы напряжения положительной и отрицательной полярности, выполненные соответственно на первом и втором операционных усилителях, при этом выходы усилителей являются выходами соответствующих стабилизаторов напряжения, выход первого усилителя через стабилитрон и резистор соединен соответственно с инвертирующими входами первого и второго усилителей, выход и инвертирующий вход второго усилителя через резисторы соединены с неинвертирующим входом первого усилителя, а неинвертирующий вход второго усилителя соединен с общим выводом источника, инвертирующий вход первого усилителя, через резистор, подключен к выходу второго усилителя.A bipolar voltage source is known (USSR Author's certificate No. 875362, CL G05F 1/56, 1981) containing voltage stabilizers of positive and negative polarity, made respectively on the first and second operational amplifiers, while the outputs of the amplifiers are the outputs of the corresponding voltage stabilizers, the output of the first amplifier through a zener diode and a resistor, respectively, it is connected to the inverting inputs of the first and second amplifiers, the output and the inverting input of the second amplifier are connected through resistors to the non-inverting input of the first amplifier, and the non-inverting input of the second amplifier is connected to the common output of the source, the inverting input of the first amplifier, through a resistor, is connected to output of the second amplifier.

Недостатком данного двухполярного источника напряжения являются ограниченные функциональные возможности обусловленные:The disadvantage of this bipolar voltage source is limited functionality due to:

- низкой температурной стабильностью выходного напряжения (узким диапазоном рабочих температур) в случае широкого диапазона выходных напряжений;- low temperature stability of the output voltage (narrow range of operating temperatures) in the case of a wide range of output voltages;

- узким диапазоном выходных напряжений при высокой температурной стабильности (широком диапазоне рабочих температур).- narrow range of output voltages with high temperature stability (wide operating temperature range).

Наиболее близким аналогом-прототипом к заявляемому техническому решению является двухполярный источник напряжения (патент RU №94731, МПК G05F 1/56) содержащий два однотипных лавинных стабилитрона, четыре резистора, два дифференциальных усилителя, выход первого дифференциального усилителя, являющийся первым выходом устройства, через второй резистор подключен к инвертирующему входу второго дифференциального усилителя и через два встречно включенных однотипных лавинных стабилитрона непосредственно подключен к инвертирующему входу первого дифференциального усилителя, и через первый резистор, к выходу второго дифференциального усилителя, являющегося вторым выходом устройства, а так же ко второму выводу четвертого резистора, первый вывод которого непосредственно соединен с неинвертирующим входом первого дифференциального усилителя и через третий резистор с инвертирующим входом второго дифференциального усилителя, неинвертирующий вход которого заземлен.The closest prototype analogue to the claimed technical solution is a bipolar voltage source (patent RU No. 94731, IPC G05F 1/56) containing two identical avalanche zener diodes, four resistors, two differential amplifiers, the output of the first differential amplifier, which is the first output of the device, through the second the resistor is connected to the inverting input of the second differential amplifier and through two back-to-back identical avalanche zener diodes is directly connected to the inverting input of the first differential amplifier, and through the first resistor, to the output of the second differential amplifier, which is the second output of the device, as well as to the second output of the fourth resistor, the first output of which is directly connected to the non-inverting input of the first differential amplifier and through the third resistor to the inverting input of the second differential amplifier, the non-inverting input of which is grounded.

Недостатком данного устройства является большое выходное сопротивление, что сужает функциональные возможности устройства как источника двухполярного напряжения.The disadvantage of this device is a large output impedance, which limits the functionality of the device as a source of bipolar voltage.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к снижению выходного сопротивления, а значит и расширению функциональных возможностей устройства как источника двухполярного напряжения.The technical result that can be achieved with the help of the present invention is to reduce the output impedance, and hence the expansion of the functionality of the device as a source of bipolar voltage.

Технический результат достигается тем, что в двухполярный источник напряжения содержащий два однотипных лавинных стабилитрона, четыре резистора, два дифференциальных усилителя, выход первого дифференциального усилителя через второй резистор подключен к инвертирующему входу второго дифференциального усилителя и через два встречно включенных однотипных лавинных стабилитрона непосредственно подключен к инвертирующему входу первого дифференциального усилителя, соединенный, через первый резистор, с выходом второго дифференциального усилителя, а так же со вторым выводом четвертого резистора, первый вывод которого непосредственно соединен с неинвертирующим входом первого дифференциального усилителя и через третий резистор с инвертирующим входом второго дифференциального усилителя, неинвертирующий вход которого заземлен, введены третий и четвертый дифференциальный усилитель, причем выход первого дифференциального усилителя соединен с неинвертирующим входом третьего дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого соединен с выходом третьего дифференциального усилителя, выход которого служит первым выходом устройства, выход второго дифференциального усилителя соединен с неинвертирующим входом четвертого дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого соединен с выходом четвертого дифференциального усилителя, выход которого служит вторым выходом устройства.The technical result is achieved by the fact that in a bipolar voltage source containing two identical avalanche zener diodes, four resistors, two differential amplifiers, the output of the first differential amplifier through the second resistor is connected to the inverting input of the second differential amplifier and through two counter-connected identical avalanche zener diodes is directly connected to the inverting input of the first differential amplifier connected, through the first resistor, to the output of the second differential amplifier, as well as to the second terminal of the fourth resistor, the first terminal of which is directly connected to the non-inverting input of the first differential amplifier and through the third resistor to the inverting input of the second differential amplifier, the non-inverting input of which grounded, the third and fourth differential amplifiers are connected, and the output of the first differential amplifier is connected to the non-inverting input of the third differential amplifier , the inverting input of which is connected to the output of the third differential amplifier, the output of which serves as the first output of the device, the output of the second differential amplifier is connected to the non-inverting input of the fourth differential amplifier, the inverting input of which is connected to the output of the fourth differential amplifier, the output of which serves as the second output of the device.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На фиг.1 представлена функциональная схема двухполярного источника напряжения.Figure 1 shows a functional diagram of a bipolar voltage source.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Двухполярный источник напряжения, фиг.1, содержит дифференциальные усилители 1, 2, 9, 10, однотипные лавинные стабилитроны 3 и 4, резисторы 5÷8, причем: выход дифференциального усилителя 1 подключен непосредственно к неинвертирующиму входу дифференциального усилителя 9, через резистор 6 к инвертирующему входу дифференциального усилителя 2 и первому входу резистора 7, через встречно включенные однотипные лавинные стабилитроны 3, 4 к инвертирующему входу дифференциального усилителя 1, неинвертирующий вход которого подключен ко второму выводу резистора 7 и первому выводу резистора 8; второй вывод резистора 8 непосредственно соединен с выходом дифференциального усилителя 2, неинвертирующий вход которого заземлен, неинвертирующим входом дифференциального усилителя 10, и через резистор 5, с инвертирующим входом дифференциального усилителя 1; инвертирующий вход дифференциального усилителя 9 соединен с выходом дифференциального усилителя 9, выход которого служит первым выходом устройства; инвертирующий вход дифференциального усилителя 10 соединен с выходом дифференциального усилителя 10, выход которого служит вторым выходом устройства.Bipolar voltage source, figure 1, contains differential amplifiers 1, 2, 9, 10, the same type of avalanche zener diodes 3 and 4, resistors 5÷8, and: the output of the differential amplifier 1 is connected directly to the non-inverting input of the differential amplifier 9, through a resistor 6 to the inverting input of the differential amplifier 2 and the first input of the resistor 7, through the oppositely connected identical avalanche zener diodes 3, 4 to the inverting input of the differential amplifier 1, the non-inverting input of which is connected to the second output of the resistor 7 and the first output of the resistor 8; the second terminal of the resistor 8 is directly connected to the output of the differential amplifier 2, the non-inverting input of which is grounded, to the non-inverting input of the differential amplifier 10, and through the resistor 5, to the inverting input of the differential amplifier 1; the inverting input of the differential amplifier 9 is connected to the output of the differential amplifier 9, the output of which serves as the first output of the device; the inverting input of the differential amplifier 10 is connected to the output of the differential amplifier 10, the output of which serves as the second output of the device.

Двухполярный источник напряжения работает следующим образом. Bipolar voltage source works as follows.

Если не учитывать при оценке работы устройства неидеальность параметров дифференциальных усилителей 1 и 2, и считать внутреннее сопротивление стабилитронов 3, 4 равным нулю, то коэффициент передачи K дифференциального усилителя 2 равенIf we do not take into account the non-ideal parameters of differential amplifiers 1 and 2 when evaluating the operation of the device, and consider the internal resistance of zener diodes 3, 4 equal to zero, then the transfer coefficient K of differential amplifier 2 is equal to

Figure 00000001
, (1)
Figure 00000001
, (one)

где номера резисторов соответствуют номерам элементов на схеме. where the numbers of resistors correspond to the numbers of elements in the diagram.

При выполнении условияWhen the condition

Figure 00000002
(2)
Figure 00000002
(2)

выходные напряжения операционных усилителей

Figure 00000003
,
Figure 00000004
равны между собой и противоположны по знаку, а величины этих напряжений изменяются в зависимости от коэффициента деления делителя в пределах
Figure 00000005
, где Uст напряжение стабилизации стабилитрона.operational amplifier output voltages
Figure 00000003
,
Figure 00000004
are equal to each other and opposite in sign, and the magnitudes of these voltages vary depending on the division factor of the divider within
Figure 00000005
, where U st is the stabilization voltage of the zener diode.

Использование в составе схемы устройства в качестве стабилитрона 3 лавинного стабилитрона, то есть стабилитрона с напряжением стабилизации более 6 В, характеризуемого положительным коэффициентом напряжения стабилизации (см. П.Хоровиц, У.Хилл. «Искусство схемотехники», М.: Мир, 1998 г., с.351), и стабилитрона 4, однотипного стабилитрону 3, но включенного ему встречно (в прямом направлении), а значит характеризуемого отрицательным коэффициентом напряжения стабилизации (см. Китаев В. Е., Бокуняев А.А., Колканов М.Ф. «Электропитание устройств связи», М.: Связь, 1975 г., с. 184), обеспечивает взаимную компенсацию коэффициентов напряжения стабилизации стабилитронов 3, 4, а значит и повышенную термостабилизацию устройства. The use of an avalanche zener diode as part of the device circuit as a zener diode 3, that is, a zener diode with a stabilization voltage of more than 6 V, characterized by a positive stabilization voltage coefficient (see P. Horowitz, W. Hill. “The Art of Circuitry”, M .: Mir, 1998 ., p. 351), and zener diode 4, of the same type as zener diode 3, but connected oppositely to it (in the forward direction), and therefore characterized by a negative stabilization voltage coefficient (see Kitaev V. E., Bokunyaev A. A., Kolkanov M. F. "Power supply of communication devices", M.: Svyaz, 1975, p. 184), provides mutual compensation of voltage coefficients of stabilization of zener diodes 3, 4, and hence increased thermal stabilization of the device.

В случае прототипа, нагрузка двухполярного источника напряжения подключается непосредственно к выходам дифференциальных усилителей 1 и 2, что оказывает дестабилизирующее влияние на режим работы дифференциальных усилителей 1 и 2. Кроме того, значительное выходное сопротивление дифференциальных усилителей 1 и 2 существенно сужает функциональные возможности устройства как источника двухполярного напряжения.In the case of the prototype, the load of the bipolar voltage source is connected directly to the outputs of differential amplifiers 1 and 2, which has a destabilizing effect on the mode of operation of differential amplifiers 1 and 2. voltage.

Введение в состав схемы устройства дифференциальных усилителей 9 и 10, выполняющих функции неинвертирующих повторителей напряжения характеризуемых выражениями (3)÷(5) (см. Шило В.Л. «Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре» 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Сов. радио, 1979 г., с.154, 155)The introduction of differential amplifiers 9 and 10 into the circuit of the device, performing the functions of non-inverting voltage followers characterized by expressions (3) ÷ (5) (see Shilo V.L. "Linear integrated circuits in electronic equipment" 2nd ed., Rev. and additional - M.: Sov. radio, 1979, p.154, 155)

Figure 00000006
, (3)
Figure 00000006
, (3)

где

Figure 00000007
входное сопротивление неинвертирующего повторителя напряжения;where
Figure 00000007
input impedance of a non-inverting voltage follower;

Figure 00000008
входное сопротивление дифференциального усилителя;
Figure 00000008
input impedance of the differential amplifier;

Figure 00000009
коэффициент усиления дифференциального усилителя;
Figure 00000009
differential amplifier gain;

Figure 00000010
(4)
Figure 00000010
(4)

где

Figure 00000011
выходное сопротивление неинвертирующего повторителя напряжения;where
Figure 00000011
output impedance of a non-inverting voltage follower;

Figure 00000012
(5)
Figure 00000012
(five)

где

Figure 00000013
коэффициент усиления по напряжению неинвертирующего повторителя напряжения,where
Figure 00000013
voltage gain of a non-inverting voltage follower,

способствует:promotes:

- стабилизации режимов работы дифференциальных усилителей 1 и 2;- stabilization of operating modes of differential amplifiers 1 and 2;

- снижению выходного сопротивления источника двухполярного напряжения;- decrease in the output impedance of the bipolar voltage source;

- повышает нагрузочную способность источника двухполярного напряжения, а значит - расширению функциональных возможностей устройства как источника двухполярного напряжения.- increases the load capacity of the source of bipolar voltage, and hence - expanding the functionality of the device as a source of bipolar voltage.

Claims (1)

Двухполярный источник напряжения, содержащий два однотипных лавинных стабилитрона, четыре резистора, два дифференциальных усилителя, причем выход первого дифференциального усилителя через второй резистор подключен к инвертирующему входу второго дифференциального усилителя и через два встречно включенных однотипных лавинных стабилитрона подключен к инвертирующему входу первого дифференциального усилителя, соединенного через первый резистор с выходом второго дифференциального усилителя, а также со вторым выводом четвертого резистора, первый вывод которого непосредственно соединен с неинвертирующим входом первого дифференциального усилителя и через третий резистор с инвертирующим входом второго дифференциального усилителя, неинвертирующий вход которого заземлен, отличающийся тем, что введены третий и четвертый дифференциальный усилители, причем выход первого дифференциального усилителя соединен с неинвертирующим входом третьего дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого соединен с выходом третьего дифференциального усилителя, выход которого служит первым выходом двухполярного источника напряжения, выход второго дифференциального усилителя соединен с неинвертирующим входом четвертого дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого соединен с выходом четвертого дифференциального усилителя, выход которого служит вторым выходом двухполярного источника напряжения.A bipolar voltage source containing two identical avalanche zener diodes, four resistors, two differential amplifiers, and the output of the first differential amplifier through the second resistor is connected to the inverting input of the second differential amplifier and through two counter-connected identical avalanche zener diodes is connected to the inverting input of the first differential amplifier connected through the first resistor with the output of the second differential amplifier, as well as with the second output of the fourth resistor, the first output of which is directly connected to the non-inverting input of the first differential amplifier and through the third resistor with the inverting input of the second differential amplifier, the non-inverting input of which is grounded, characterized in that the third and the fourth differential amplifier, and the output of the first differential amplifier is connected to the non-inverting input of the third differential amplifier, the inverting input of which with connected to the output of the third differential amplifier, the output of which serves as the first output of the bipolar voltage source, the output of the second differential amplifier is connected to the non-inverting input of the fourth differential amplifier, the inverting input of which is connected to the output of the fourth differential amplifier, the output of which serves as the second output of the bipolar voltage source.
RU2021127075A 2021-09-15 2021-09-15 Bipolar voltage source RU2767037C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021127075A RU2767037C1 (en) 2021-09-15 2021-09-15 Bipolar voltage source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021127075A RU2767037C1 (en) 2021-09-15 2021-09-15 Bipolar voltage source

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2767037C1 true RU2767037C1 (en) 2022-03-16

Family

ID=80736983

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021127075A RU2767037C1 (en) 2021-09-15 2021-09-15 Bipolar voltage source

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2767037C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU440657A1 (en) * 1972-04-14 1974-08-25 Предприятие П/Я Г-4677 Voltage stabilizer with bipolar output
SU875362A1 (en) * 1980-01-21 1981-10-23 Ленинградский Ордена Ленина Политехнический Институт Им. М.И.Калинина Bipolar voltage source
US5780921A (en) * 1995-08-30 1998-07-14 Nec Corporation Bipolar transistor constant voltage source circuit
RU94731U1 (en) * 2009-12-03 2010-05-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" BIPOLAR VOLTAGE SOURCE
US9703310B2 (en) * 2014-05-28 2017-07-11 Infineon Technologies Austria Ag Bandgap voltage circuit with low-beta bipolar device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU440657A1 (en) * 1972-04-14 1974-08-25 Предприятие П/Я Г-4677 Voltage stabilizer with bipolar output
SU875362A1 (en) * 1980-01-21 1981-10-23 Ленинградский Ордена Ленина Политехнический Институт Им. М.И.Калинина Bipolar voltage source
US5780921A (en) * 1995-08-30 1998-07-14 Nec Corporation Bipolar transistor constant voltage source circuit
RU94731U1 (en) * 2009-12-03 2010-05-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" BIPOLAR VOLTAGE SOURCE
US9703310B2 (en) * 2014-05-28 2017-07-11 Infineon Technologies Austria Ag Bandgap voltage circuit with low-beta bipolar device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4560920A (en) Voltage to current converting circuit
CN107624172A (en) Reference voltage
US2726370A (en) Negative impedance converters employing transistors
US3546564A (en) Stabilized constant current apparatus
CN107425845B (en) Superposition operation circuit and floating voltage digital-to-analog conversion circuit
RU2767037C1 (en) Bipolar voltage source
US3634751A (en) Precision voltage regulator
US10141897B2 (en) Source follower
CN109036301B (en) Remote voltage compensation method based on hardware circuit automatic compensation
RU2416155C1 (en) Differential operating amplifier
RU94731U1 (en) BIPOLAR VOLTAGE SOURCE
RU2536376C1 (en) Operational amplifier with paraphase output
RU2433523C1 (en) Precision differential operational amplifier
RU2411634C1 (en) Differential amplifier with low voltage of zero shift
Tangsrirat et al. Electronically Tunable Quadrature Oscillator Using Current-Controlled Current Differencing Buffered Amplifiers.
RU165174U1 (en) DC COMPENSATION STABILIZER
RU2432666C1 (en) Differential operational amplifier with low supply voltage
CN114115423B (en) Band-gap reference current source circuit with digital control
RU2402154C1 (en) Differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2450425C1 (en) Precision operational amplifier
JP5559905B1 (en) Electronic circuit
RU2432668C1 (en) Differential operational amplifier with paraphase output
RU162020U1 (en) DC ELECTRONIC STABILIZER
RU2432665C1 (en) Differential operational amplifier with low supply voltage
RU2278466C1 (en) Differential amplifier with increased depletion of cophased signal