×
27.07.2013
216.012.5ad5

Результат интеллектуальной деятельности: ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЯЕМОГО УДВОЕННОЙ ШИРИНОЙ ЗАПРЕЩЕННОЙ ЗОНЫ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Устройство относится к области электротехники и может быть использовано в качестве температурно-стабильного источника опорного напряжения, определяемого удвоенной шириной запрещенной зоны. Достигаемый технический результат - получение температурно-стабильного выходного напряжения при значениях, близких к удвоенной ширине запрещенной зоны. Устройство содержит пять транзисторов, три резистора и источник тока, включенный между шиной питания и выходной клеммой, первый и второй резисторы подключены первыми выводами к выходной клемме, базы первого и второго транзисторов соединяются с коллекторами первого и пятого транзисторов, третий резистор включен между общей шиной и эмиттером второго транзистора, эмиттеры первого и третьего транзисторов подключены к общей шине, коллектор третьего транзистора подключен к выходной клемме, базы третьего, четвертого и пятого транзисторов 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. 3 ил.
Основные результаты: Стабилизатор напряжения, содержащий 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, отличающийся тем, что 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.

Устройство относится к области электротехники и может быть использовано в качестве температурно-стабильного источника опорного напряжения (ИОН).

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.

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.

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.

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.

Схема прототипа приведена на фиг.1. Схема заявляемого устройства представлена на фиг.2. На фиг.3 приведены результаты моделирования.

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.

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:

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.

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:

U3=Uбэ1-Uбэ2,

или

где R3 - сопротивление резистора R3; I1 - ток эмиттера транзистора VT1; N - отношение площадей эмиттеров транзисторов VT2 и VT1.

Приближенное соотношение (2) справедливо при равенстве токов I1 и I2. Отсюда можно определить ток

Дифференцируя выражение (3), можно определить зависимость приращения тока I2 от температуры Т:

где φT=kT/q; k - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура; q - заряд электрона.

Дифференцируя выражение (1), получим

Для нахождения приращения dUбэ3 следует учесть зависимость

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.

Можно показать, что выражение (5), с учетом (1), (4), (6), приводится к виду

Приравнивая (7) к нулю, при неизменном токе I3, получаем

Следовательно, при выходном напряжении, определяемом в основном шириной запрещенной зоны, нестабильность выходного напряжения по температуре близка к нулю.

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), получаем

Выражение (7), с учетом (9), можно записать в следующем виде:

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:

где R7 - сопротивление резистора 7; I2 и I3 - токи эмиттеров транзисторов 4 и 3 соответственно.

Ток I2 равен току I1 эмиттера транзистора 1 и определяется выражением:

где R8 - сопротивление резистора 8; N - отношение площадей эмиттеров транзисторов 2 и 1.

Дифференцируя выражение (12), можно вывести равенства:

Дифференцируя выражение (11), с учетом (6) и (12), получим:

Или, с учетом (9) и (13)

Следовательно, нестабильность выходного напряжения заявляемого устройства по температуре близка к нулю при выходном напряжении, определяемом в основном удвоенной шириной запрещенной зоны.

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:

А поскольку выходное напряжение заявляемого устройства вдвое больше, чем у прототипа, то относительная нестабильность оказывается вдвое меньше.

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%.

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.

Стабилизатор напряжения, содержащий 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, отличающийся тем, что 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.
ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЯЕМОГО УДВОЕННОЙ ШИРИНОЙ ЗАПРЕЩЕННОЙ ЗОНЫ
ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЯЕМОГО УДВОЕННОЙ ШИРИНОЙ ЗАПРЕЩЕННОЙ ЗОНЫ
ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЯЕМОГО УДВОЕННОЙ ШИРИНОЙ ЗАПРЕЩЕННОЙ ЗОНЫ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 21-22 of 22 items.
10.04.2015
№216.013.3d7b

Источник опорного напряжения на основе удвоенной ширины запрещенной зоны кремния

Устройство относится к области электротехники и может использоваться при проектировании стабилизаторов напряжения, аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей. Техническим результатом является упрощение схемы при высокой температурной стабильности выходного напряжения. Устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547227
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2016
№216.015.3138

Источник опорного напряжения

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве температурно-стабильного источника опорного напряжения (ИОН). Технический результат заключается в обеспечении минимального температурного коэффициента выходного напряжения ИОН при пониженной разности напряжений...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002580458
Дата охранного документа: 10.04.2016
Showing 151-160 of 207 items.
27.07.2014
№216.012.e32d

Выходной каскад усилителя мощности на основе комплементарных транзисторов

Изобретение относится к области радиотехники и связи, а именно к устройствам усиления мощности. Технический результат: повышение на несколько порядков входного сопротивления ВК и его коэффициента усиления по току при достаточно высоком уровне стабильности сквозного тока выходных транзисторов....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523947
Дата охранного документа: 27.07.2014
27.07.2014
№216.012.e330

Цифро-аналоговый преобразователь

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники, радиотехники, связи и может использоваться в структуре различных устройств обработки информации, измерительных приборах, системах телекоммуникаций. Техническим результатом является уменьшение времени установления выходного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523950
Дата охранного документа: 27.07.2014
27.07.2014
№216.012.e331

Широкополосный дифференциальный аттенюатор

Изобретение относится к области измерительной техники. Технический результат: расширение диапазона рабочих частот устройства и повышение его быстродействия при работе с импульсными противофазными сигналами большой амплитуды. Для этого предложен широкополосный дифференциальный аттенюатор,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523951
Дата охранного документа: 27.07.2014
27.07.2014
№216.012.e333

Измерительный усилитель с резонансной амплитудно-частотной характеристикой

Изобретение относится к области измерительной техники, радиотехники и связи. Техническим результатом является - увеличение затухания выходного сигнала в диапазоне низких частот при повышенной и достаточно стабильной добротности Q амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) ИУ и большом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523953
Дата охранного документа: 27.07.2014
27.07.2014
№216.012.e336

Источник опорного напряжения

Устройство относится к области электротехники и может использоваться при проектировании стабилизаторов напряжения, аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей и других элементов автоматики. Техническим результатом является высокая температурная стабильность выходного напряжения. Для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523956
Дата охранного документа: 27.07.2014
27.07.2014
№216.012.e33a

Сверхбыстродействующий параллельный аналого-цифровой преобразователь с дифференциальным входом

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники, радиотехники, связи. Технический результатом является расширение в несколько раз предельного частотного диапазона обрабатываемых сигналов АЦП за счет снижения погрешности передачи входных дифференциальных напряжений ко...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523960
Дата охранного документа: 27.07.2014
27.07.2014
№216.012.e35c

Стиральная машина барабанного типа

Изобретение относится к стиральным машинам барабанного типа с технологией отжима стираемых изделий после стирки. Предложена стиральная машина, включающая бак для моющего раствора, барабан, закрепленный в баке с возможностью вращения, систему подвески бака стиральной машины в корпусе, опоры...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523994
Дата охранного документа: 27.07.2014
10.08.2014
№216.012.e6c4

Устройство колоризации черно-белых изображений

Изобретение относится к средствам обработки цифровых изображений. Техническим результатом является уменьшение цветовых искажений при колоризации монохроматических изображений. Устройство содержит блоки преобразователя RGB→NTSC (1), (20), блок выделения маски маркеров (2), блоки перемножителя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002524869
Дата охранного документа: 10.08.2014
10.08.2014
№216.012.e75f

Пресс для утилизации кузова автомобиля

Изобретение относится к оборудованию для уплотнения металлического лома (скрапа) и прессования вышедших из строя автомобилей. Пресс содержит неподвижную нижнюю плиту с плоской рабочей поверхностью и подвижную верхнюю плиту с выпуклой в поперечном сечении рабочей поверхностью. Верхняя плита...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525024
Дата охранного документа: 10.08.2014
10.08.2014
№216.012.e781

Способ определения технического состояния компрессионного бытового холодильного прибора

Изобретение относится к холодильной технике. Способ определения технического состояния бытового компрессионного холодильного прибора заключается в том, что для нормативных условий испытаний перед началом эксплуатации бытового холодильного прибора измеряются одна или несколько характеристик,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525058
Дата охранного документа: 10.08.2014
+ добавить свой РИД