SU1501015A1

SU1501015A1 - Bipolar source of reference voltages

Info

Publication number: SU1501015A1
Application number: SU874230019A
Authority: SU
Inventors: Юрий Никандрович Шишмаков
Original assignee: Предприятие П/Я А-1431
Priority date: 1987-04-14
Filing date: 1987-04-14
Publication date: 1989-08-15

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано в источниках опорного напр жени различных устройств. Цель изобретени - расширение функциональных возможностей путем обеспечени регулировки выходных напр жений от нулевого значени . Двупол рный источник содержит два операционных усилител 1, 2, параллельно соединенных между собой, стабилитрон 3 и делитель напр жени на резисторах 4, 5, выход которого подключен к инвертирующему входу усилител 1, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, резисторы 6-9. Введение резистора 8 между выходом усилител 1 и входным выводом и подключение неинвертирующего входа этого усилител к общей шине позвол ет расширить пределы регулировки выходных напр жений при их высокой стабильности. 1 ил.The invention relates to electrical engineering and can be used in the voltage sources of various devices. The purpose of the invention is to expand the functionality by providing output voltage adjustment from zero. The bipolar source contains two operational amplifiers 1, 2 connected in parallel to each other, Zener diode 3 and voltage divider on resistors 4, 5, the output of which is connected to the inverting input of amplifier 1, the non-inverting input of which is connected to the common bus, resistors 6-9. The introduction of a resistor 8 between the output of amplifier 1 and the input terminal and the connection of the non-inverting input of this amplifier to a common bus allows extending the limits of adjustment of output voltages with their high stability. 1 il.

Description

31503150

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано в источниках опорного напр жени АЦП, ЦАП и стабилизаторов.The invention relates to electrical engineering and can be used in reference voltage sources of the ADC, DAC, and stabilizers.

Целью изобретени вл етс расширение функциональных возможностей источника путем обеспечени регулировки выходных напр жений от нулевого значени .The aim of the invention is to enhance the functionality of the source by providing an output voltage adjustment from zero.

На чертеже представлена функциональна схема двупол рного источника опорных напр жений.The drawing shows a functional diagram of a bipolar reference voltage source.

Источник содержит первый 1 и второй 2 операционньй усилители, выходы которых подключены к первому и второму выходным выводам, неинвертирующие входы усипите лей соединены с общей шиной, параллельно соединенные между собой стабилитрон 3 и делитель напр - жени на резисторах 4 и 5, выход ко- торого соединен с инвертирующим входом усилител 1, первый 6, второй 7 и третий 8 резисторы, токозадающий резистор 9. Точкой 10 отмечено место, куда может быть подключен источник питающего напр хсени отрицательной пол рности.The source contains the first 1 and second 2 operational amplifiers, the outputs of which are connected to the first and second output pins, the non-inverting inputs of the amplifiers are connected to a common bus, parallel to each other are Zener diode 3 and a voltage divider of resistors 4 and 5, the output of which connected to the inverting input of the amplifier 1, the first 6, the second 7 and the third 8 resistors, the current-setting resistor 9. Point 10 marks the place where the source of the power supply voltage of the negative polarity can be connected.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Рассмотрим два этапа работы устройства . На первом этапе устройство работает при отсутствии операционного усилител 2 и резисторов 6 и 7, заменив выходное напр жение опера- ционного усилител 2 напр жением отрицательного источника питани UJ. При подаче питающих напр жений на устройстве через стабилитрон 9 проте кает ток по цепи: источник питани и - резистор 8 - стабилитрон 3 - резистор 9 - источник питани U j - корпус . Потенциал неинвертирующего вход операционного усилител 1 за счет действи отрицательной обратной св - зи близок к нулю. Следовательно, выходное напр жение операционного усилител 1 равно падению напр жени на резисторе 4, величина которого U р Consider the two stages of the device. At the first stage, the device operates in the absence of the operational amplifier 2 and resistors 6 and 7, replacing the output voltage of the operational amplifier 2 with the voltage of the negative power source UJ. When power is applied to the device through the Zener diode 9, a current flows through the circuit: the power source and - resistor 8 - zener diode 3 - resistor 9 - power source U j - housing. The potential of the noninverting input of op amp 1 due to the negative feedback effect is close to zero. Consequently, the output voltage of the operational amplifier 1 is equal to the voltage drop on the resistor 4, the value of which is U p

пP

иand

&ЫХ& OX

и,and,

R.R.

, ,

вмх - R;+R UCT, vmh - R; + R UCT,

где и ст напр жение на стабилитроне Определим степень вли ни изменений питающих напр жений U и U на величину выходного напр жени . Предположим , что напр жение U возросло на величину ли. Если бы выход операционного усилител 4 не был соединенwhere is the voltage across the zener diode. Let us determine the degree to which the changes in the supply voltages U and U affect the output voltage. Suppose that the voltage U has increased by the value of. If the output of opamp 4 was not connected

с катодом стабилитрона 3 и выводом резистора В, то на резисторе 9 по вилось бы приращение напр жени 3Ujj i которое по величине определ етс формулойwith the cathode of the Zener diode 3 and the output of the resistor B, then on the resistor 9 there would be an increment of the voltage 3Ujj i which is determined in magnitude by the formula

«,„ -0Г, )",„ -0Г,)

Так как выход операционного усилител 1 соединен с катодом стабилитрона 3 и с выводом резистора 8, то это напр жение, воздейству на инверсный вход, уменьшает выходное напр жение , что приводит к уменьшению тока через стабилитрон 3, и приращение тока через резистор 8 разветвл етс по двум цеп м, больша величина приращени тока через резистор 8 втекает в выходную цепь операционного усилител и приращение напр жени на резисторе 9, а следовательно, и приращение напр жени на выходе устройства уменьшаетс до малой величины. Величина приращени напр жени на резисторе 9 - Up определ етс ЛормулойSince the output of operational amplifier 1 is connected to the cathode of Zener diode 3 and to the output of resistor 8, this voltage, acting on the inverse input, reduces the output voltage, which leads to a decrease in current through Zener diode 3, and the increment of current through resistor 8 branches out Two circuits, the larger current increment through the resistor 8 flows into the output circuit of the operational amplifier and the voltage increment on the resistor 9, and consequently, the voltage increment at the output of the device is reduced to a small value. The magnitude of the voltage increment on the resistor 9-Up is determined by the Lormula

R5R5

1one

«9 п- к7--т Г 2)"9 p-k7 - t g 2)

где k - коэффициент усилени операционного усилител 1 без обратной св зи.where k is the gain of the operational amplifier 1 without feedback.

Формула (2) выводитс из расчета эквивалентной схемы дл изменени , положительного питающего напр жени Ц(. Использу 2-1 закон Кирхгофа, запишемFormula (2) is derived from the calculation of the equivalent circuit for changing the positive supply voltage C (. Using 2-1 Kirchhoff's law, we write

(4UR - )(+k) 41%, (3)(4UR -) (+ k) 41%, (3)

00

где Л - приращение тока через резистор 9, формируемое операционным усилителем 1.where L is the increment of the current through the resistor 9, formed by the operational amplifier 1.

Разреша (3) относительно , получаемResolving (3) relatively, we get

Так как .Because .

4U 4UR - , (5)4U 4UR -, (5)

Э Uh

ТО, подставл (4) в (5), получаемTHEN, substituting (4) in (5), we get

Ut-;: ;;- .Ut- ;:;; -.

(4)(four)

JU 1JU 1

йдyd

«.: -Т;Г ; R,-bR,“.: -T; H; R, -bR,

;гТаким образом, изменение питающего напр жени 1} на величину Л U приводит к изменению напр жени на резисторе 9 на величину ДИдд определ емую по формуле (2). Как следует из эквивалентной схемы Thus, a change in the supply voltage 1} by the value of L U leads to a change in the voltage on the resistor 9 by the value DDD determined by the formula (2). As follows from the equivalent circuit

UBMX где лиWhether ubmx whether

,с - %150 ( 6), c -% 150 (6)

приращение напр жени на стабилитроне, обусловленное изменением тока через него при изменении питающего напр жени U. Приращение напр жени определ етс величиной динамического сопротивлени Та стабилитрона и равна на основании закона Ома величинеthe voltage increment on the Zener diode due to the change in the current through it when the supply voltage U changes. The voltage increment is determined by the dynamic resistance Ta Zener diode and is equal to

ст4i; .-r st4i; .-r

ст st

(7)(7)

где Гр - динамическое сопротивлениwhere Gr - dynamic resistance

стабилитрона.zener diode.

Приращение тока через стабилитро определ етс формулойThe current increment through the stabilizer is determined by the formula

. йУ|5 ,п . YO | 5, p

л:l:

1one

стst

R.R.

Ra+R7 и J Ra + R7 and J

(8)(eight)

R R

т. ) t.)

R +R T+k R + R T + k

о Jabout j

(9)(9)

T+kT + k

Подставл (2) и (7) в (6) с учетом (8), получаемSubstituting (2) and (7) in (6), taking into account (8), we obtain

JU 4U;()()JU 4U; () ()

К4Г5K4G5

Формула (9) дает зависимость выходного напр жени от изменений пи- тагацего напр жени U. Расчеты по- формуле (9) дл операционного усили тел 1404Д6, стабилитрона КС 191Ф, R4-Rj кОм и при изменении питающего напр жени U „ на 2 В дают изменение выходного напр жени устройства на операционном усилителе 1, равное 0,05.Formula (9) gives the dependence of the output voltage on changes in the voltage of the voltage U. Calculations in the formula (9) for the operating force of the bodies 1404Д6, the Zener diode КС 191Ф, R4-Rj kOhm and when the supply voltage Un changes by 2 V give a change in the output voltage of the device on the operational amplifier 1, equal to 0.05.

При изменении питающего напр жени и (допустим напр жение по абсолютному значению увеличиваетс ) на величину 4Un вькодное напр жение в первый момент уменьшаетс на величиR .When the supply voltage changes and (the voltage is assumed to increase in absolute value) by the value of 4Un, the input voltage at the first moment decreases by.

ну .. Это напр жение, воз- Kg+RjWell .. This voltage, probably, is Kg + Rj

.действу на инверсньй вход усилител 1, повышает напр жение на выходе, ток с выхода операционного усилител протекает через стабилитрон 3 и резистор 9, создает на последнем компенсирующее напр жение и, когда разность между приращением напр жени на резисторе 9, создаваема операционным усилителем, и приращением U становитс близкой к нулю, увеличение тока через стабилитрон прекращаетс . Таким образом, стабилизаци выходного напр жени в этом случае осуществл етс за счет.увеличени тока с выхода операционного усилител че5010 Acting on the inverse input of amplifier 1, increases the output voltage, the current from the output of the operational amplifier flows through Zener diode 3 and resistor 9, creates at the last a compensating voltage and, when the difference between the increment of the voltage on the resistor 9 created by the operational amplifier, and the increment U becomes close to zero, the increase in current through the zener diode stops. Thus, the stabilization of the output voltage in this case is due to the increase in current from the output of the operational amplifier through 5010

10ten

1515

2020

2525

30thirty

3535

4040

4545

156156

рез стабилитрон 3 и резистор 9. Поэтому выходное напр жение сильно измен етс при изменении напр жени U Использу эквивалентную схему и примен изложенную методику расчета, получаем формулу (10), св зывающую зависимость выходного напр жени от изменений питающего напр жени UnZener diode 3 and resistor 9. Therefore, the output voltage varies greatly when the voltage U changes. Using the equivalent circuit and applying the calculation method described above, we obtain formula (10) connecting the output voltage dependence on the supply voltage Un

Rj1 Rj1

+R 1+k+ R 1 + k

RjRj

Rg+Rjj +kIJI Rf.Rg + Rjj + kIJI Rf.

UBKX 1 Л1Г„UBKX 1 L1G „

M M

l Rfl rf

RR

R,+R5R, + R5

(10)(ten)

- / k - / k

Расчет no формуле (10 дп случа ,Calculation of no formula (10 dp cases

когда ли -2 В, дает изменение выходного напр жени 18 mV.if it is -2 V, it gives a change in the output voltage of 18 mV.

Как видно из приведенных расчетов, изменение питающего напр жени U практически не измен ет выходное напр жение , изменение же питающего напр жени L n сильно вли ет на величину выходного напр жени . Дл стабилизации питающего напр жени U применен операционный усилитель 2, представл ющий собой усилитель с инверсным входом. В качестве входного напр жени использовано выходное напр жение операционного усилител 1. Коэффициент усилени операционного усилител 2 должен удовлетвор ть условиюAs can be seen from the above calculations, a change in the supply voltage U practically does not change the output voltage, while a change in the supply voltage L n greatly influences the value of the output voltage. In order to stabilize the supply voltage U, an operational amplifier 2 is used, which is an amplifier with inverse input. The output voltage of the operational amplifier 1 is used as the input voltage. The gain of the operational amplifier 2 must satisfy the condition

1UcT.. IcrRs/ii1UcT .. IcrRs / ii

k 1 1 + -Гт-- -. CDk 1 1 + -Gt-- -. CD

и BfcixUBKXand BfcixUBKX

где k - коэффициент усилени операционного усилител 2.where k is the gain of the operational amplifier 2.

Дл определени вли ни температуры на величину выходного напр жени устройства выведем зависимость 4Ugtj f(4T).To determine the effect of temperature on the output voltage of the device, we derive the dependence 4Ugtj f (4T).

При изменении температуры окружающей среды на JT измен етс выходное напр жение U g операционного усилител 2, которое состоит из следующих составл ющих.When the ambient temperature changes by JT, the output voltage U g of op-amp 2, which consists of the following components, changes.

- За счет изменени напр жени на стабилитроне -ли дых з ст- By changing the voltage on the zener diode or the respiratory str

00

5five

4U.4U.

о/4Т kt.o / 4t kt.

(12)(12)

где температурный коэффициент напр жени стабилитрона.where the temperature coefficient of the voltage of the zener diode.

-За счет изменени напр жени смещени нул операционного усилител 2 -JU е х г CW- Due to the change in the bias voltage of the zero operational amplifier 2 -JU e x g CW

,(13),(13)

-.dUcM-.dUcM

где д- дрейф смещени нул :--.where d is the zero offset drift: -.

аТ aT

-За счет изменени коэффициента усилени операционного усилител 2- Due to the change in the gain of the operational amplifier 2

/)U,/) U,

Biix 1 кBiix 1 to

и and

tklx.tklx.

k7k7

кТCT

15010151501015

8eight

Ri+Ry+i Ri + Ry + i

,(14) ко температурной стабильностью схлби- литрона., (14) to the temperature stability of a sklbilitron.

где с(, - изменение коэффициента усилени 2 без обратной .св зи;where с (, is the change in the gain 2 without feedback;

k 2 коэффициент усилени усилител 2 без обратной св зи .k 2 is the gain of amplifier 2 without feedback.

Так как изменение выходного напр жени операционного усилител 2 приводит к изменению выходного напр жени устройства, величина которого определ етс формулой (10), то, следовательно, с учетом (12), (J3), (14) получаемSince a change in the output voltage of the operational amplifier 2 leads to a change in the output voltage of the device, the value of which is determined by the formula (10), then, taking into account (12), (J3), (14), we obtain

flUg,,,,(of;+/5) +flUg ,,,, (of; + / 5) +

.Т-Г-.5Ji.T-G-.5Ji

R 1 R-+iR- T+k R 1 R- + iR- T + k

-r -r

Rg+RRg + R

10ten

1515

2020

ормула изобретени formula of invention

Двупол рньй источник опорных напр жений , содержащий первый и второй операционные усилители, выходы которых подключены соответственно к первому и второму выходным выводам, а неинвертирующий вход первого операционного усилител соединен с общей шиной, стабилитрон, делитель напр жени , входом подключенный параллельно стабилитрону, а выходом - к инвер- тирукицему входу первого операционно- .го усилител , причем стабилитрон одним выводом соединен с выходом первого операционного усилител , токоза- дающий резистор, включенный между другим выводом стабилитрона и вьпсодом второго операционного усилител , первый резистор, включенный между выходом первого операционного усилител и инвертирующим входом второго операционного усилител , и второй резистор , включенный ме иу инвертирующим входом второго операционного усилител и его выходом, отличающийс тем, что, с целью расширени функциональных возможностей путем обеспечени регулировки выходных напр жений от нулевого значени , неинвертирующий вход второго операционного усилител соединен с общей шиной , а выход первого операционного усилител через введенный третий резистор подключен к входному выводу.A bipolar reference voltage source containing the first and second operational amplifiers, the outputs of which are connected to the first and second output pins respectively, and the non-inverting input of the first operational amplifier is connected to a common bus, a zener diode, a voltage divider, an input connected in parallel to the zener diode, and an output to the inverting input of the first operational amplifier, the zener diode connected to the output of the first operational amplifier by one output, a current-carrying resistor connected between each other The output of the Zener diode and the impedance of the second op amp, the first resistor connected between the output of the first op amp and the inverting input of the second op amp, and the second resistor switched on by the inverting input of the second op amp, and its output, characterized in that capabilities by providing output voltage adjustment from zero to zero, the non-inverting input of the second op amp is connected to a common bus, and the output is through the input of the third resistor is connected to the input terminal.

(15)(15)

Подставл в (15) данные дл операционного усилител 2 типа 1404Д6, стабилитрона КС191Ф - Rg g Rj 1 кОм, R fc RT, получаем дп Т dU вих 1 mV.Substituting in (15) the data for the operational amplifier 2 of type 1404Д6, the Zener diode КС191Ф - Rg g Rj 1 kΩ, R fc RT, we get dp T dU vih 1 mV.

Таким образом, видно, что если в прототипе при изменении температуры окружающей среды на 50 С за счет изменени тока выходное напр жение мен етс на 25-30 mV, то в описываемом устройстве за счет изменени тока через стабилитрон напр жение мен етс всего на 1 raV. В данном устройстве температурна нестабильность напр жени определ етс практически толь8Thus, it can be seen that if in the prototype when the ambient temperature changes by 50 ° C due to a change in current, the output voltage changes by 25-30 mV, then in the described device, by changing the current through the zener diode, the voltage changes by only 1 raV . In this device, the temperature instability of the voltage is determined almost only

ормула изобретени formula of invention

Claims

The claims of zi;

to ₂ is the gain of amplifier 2 without feedback.

Since the change in the output voltage 10 of the operational amplifier 2 leads to a change in the output voltage of the device, the value of which is determined by formula (10), therefore, taking into account (12), (13), 15 (14), we obtain • *

AU _ewX = 2JTk * ₂ [U ^{: +} / 3) + ir „5j ----- 1_ ₊ ^R 8 ^{+ R} 3 ^{1 + k} 20

- Λ _έ ΤΛ ₇ ! - - ^R J ______ 1 + ______ RjiBs ___ l ± k__. _r _{f] 5} x

R ₃ R4 + R5 * ^U '

Substituting in (15) the data for a one-25 radio amplifier 2 of type 1404D6, the KS191F zener diode R ₄ - R _s ~ R g = Rg = 1 kOhm, R = R ₇ , we obtain for T = 50 ° C 4U = 1 mV .

Thus, it is seen that if in the prototype, when the ambient temperature changes by 50 ° C due to a change in current, the output voltage changes by 25-30 mV, then in the described device due to a change in current through a zener diode, the voltage changes by only 1 mV. In this device, the temperature instability of the voltage is determined almost exclusively. A bipolar reference voltage source containing the first and second operational amplifiers, the outputs of which are connected respectively to the first and second output terminals, and the non-inverting input of the first operational amplifier is connected to a common bus, a zener diode, voltage divider, an input connected in parallel the zener diode, and the output to the inverting input of the first operational amplifier, and the zener diode is connected to the output with one output the house of the first operational amplifier, a lead-in resistor connected between the other output of the zener diode and the output of the second operational amplifier, a first resistor connected between the output of the first operational amplifier and the inverting input of the second operational amplifier, and a second resistor connected between the inverting input of the second operational amplifier and its output, characterized in that, in order to expand the functionality by providing adjustment of the output voltage from zero, non-inverting the input of the second operational amplifier is connected to a common bus, and the output of the first operational amplifier is connected to the input output through the introduced third resistor.