×
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 171-180 of 207 items.
10.10.2014
№216.012.fba1

Быстродействующий истоковый повторитель напряжения

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в различных аналоговых устройствах на полевых и биполярных транзисторах в качестве выходного (буферного) усилителя. Техническим результатом является расширение диапазона рабочих частот ИПН при наличии емкости на выходе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530263
Дата охранного документа: 10.10.2014
27.11.2014
№216.013.0be7

Быстродействующий датчик физических величин с потенциальным выходом

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и автоматики и может быть использовано в датчиках, обеспечивающих измерение различных физических величин. Датчик физических величин с потенциальным выходом содержит сенсор (1) с внутренней емкостью (2) и внутренним...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534455
Дата охранного документа: 27.11.2014
10.12.2014
№216.013.0cd5

Универсальная шлифовальная головка

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано в ручных угловых машинах, предназначенных для обработки камня. Шлифовальная головка содержит корпус, приводной вал и конический редуктор с двумя ведомыми зубчатыми колесами, закрепленными на соосно установленных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534702
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0cea

Способ определения параметров взвешенных частиц произвольной формы

Изобретение относится к технике автоматизации измерений и может быть использовано при анализе взвешенных частиц произвольной формы. Согласно способу производят освещение потока частиц световым пучком и регистрацию параметров световых сигналов, формируемых частицами при их пролете через...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534723
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0d0e

Устройство для дистанционного измерения высоких напряжений статического электричества и электропитания системы мониторинга автономного объекта

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и связано с практическим использованием микромощных возобновляемых источников энергии, в частности энергии электростатического заряда, возникающего на поверхности полимерных материалов, например специальной одежде и т.п. Технический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534759
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0de3

Широкополосный неинвертирующий усилитель с малым уровнем нелинейных искажений и шумов

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства для прецизионного усиления по мощности аналоговых сигналов, в структурах неинвертирующих усилителей и выходных каскадов различного функционального назначения, в том числе ВЧ- и СВЧ-диапазонов....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534972
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0eb3

Дифференциальный аттенюатор с расширенным диапазоном рабочих частот

Изобретение относится к устройству дифференциального аттенюатора. Техническим результатом является повышение быстродействия устройства при работе с импульсными противофазными сигналами большой амплитуды. Устройство содержит первый (1) вход, первый (2) выход, первый (3) резистор, второй (4)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535180
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0eb6

Устройство предобработки карты глубины стереоизображения

Изобретение относится к информационно-измерительным устройствам и может быть использовано в вычислительной технике, в системах управления и обработки стереоизображений. Техническим результатом является уменьшение погрешности определения расстояния от объектов сцены до камеры сенсора. Устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535183
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0eb7

Способ и устройство детектирования локальных особенностей на изображении

Изобретение относится к средствам обработки цифровых изображений. Техническим результатом является обеспечение детектирования локальных особенностей на изображении. В способе изображение в цветовом пространстве RGB преобразуется в градации серого; обрабатывается энергетическими характеристиками...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535184
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0f12

Конструкция пакета специальной одежды с повышенной устойчивостью к аэродинамической деформации

Изобретение относится к технологии изготовления одежды с несвязными утеплителями. Конструкция пакета специальной одежды с повышенной устойчивостью к аэродинамической деформации содержит два слоя материала оболочки: внешний и внутренний. Объемный несвязный утеплитель расположен между слоями....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535275
Дата охранного документа: 10.12.2014
+ добавить свой РИД