×
20.01.2014
216.012.98ce

Результат интеллектуальной деятельности: ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

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. Устройство содержит пять транзисторов, два резистора и источник тока, включенный между шиной питания и выходной клеммой, базы первого и второго транзисторов соединяются с коллекторами первого и пятого транзисторов, первый 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, база третьего транзистора соединяется с коллектором второго транзистора и первым выводом второго резистора, базы четвертого и пятого транзисторов соединяются с коллектором четвертого транзистора и вторым выводом второго резистора, эмиттеры четвертого и пятого транзисторов подключены к выходной клемме. Достигаемый технический результат заключается в получении температурно-стабильного выходного напряжения при значениях, близких к удвоенной ширине запрещенной зоны. 3 ил.
Основные результаты: Источник опорного напряжения, содержащий первый и второй транзисторы, базы которых соединяются с коллектором первого транзистора, первый резистор, включенный между общей шиной и эмиттером второго транзистора, третий транзистор, база которого соединяется с коллектором второго транзистора и первым выводом второго резистора, источник тока, включенный между шиной питания и выходной клеммой, при этом 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 коллектором четвертого транзистора и вторым выводом второго резистора, коллектор пятого транзистора подключен к коллектору первого транзистора, эмиттеры четвертого и пятого транзисторов подключены к выходной клемме.

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 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.

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 предлагаемое 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 транзисторы, базы которых соединяются с коллектором первого транзистора, первый резистор, включенный между общей шиной и эмиттером второго транзистора, третий транзистор, база которого соединяется с коллектором второго транзистора и первым выводом второго резистора, источник тока, включенный между шиной питания и выходной клеммой, при этом 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 коллектором четвертого транзистора и вторым выводом второго резистора, коллектор пятого транзистора подключен к коллектору первого транзистора, эмиттеры четвертого и пятого транзисторов подключены к выходной клемме.

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, 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, база транзистора 3 соединяется с коллектором транзистора 2 и первым выводом резистора 6, коллектор транзистора 3 подключен к выходной клемме, базы транзисторов 4 и 5 соединяются с коллектором транзистора 4 и вторым выводом резистора 6, эмиттеры транзисторов 4 и 5 подключены к выходной клемме.

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=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 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:

Дифференцируя выражение (1), получим

Для нахождения приращения dUбэ3 следует учесть зависимость

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.

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, a 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. А выходное напряжение определяется еще и значением напряжения база-эмиттер Uбэ4 транзистора 4, что описывается следующим выражением:

где R6 - сопротивление резистора 6; I2 и I3 - токи эмиттеров транзисторов 4 и 3 соответственно.

Ток I2 равен току I1 эмиттера транзистора 1 и определяется выражением

где R7 - сопротивление резистора 7; 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(2φT+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 (out2) и заявляемого устройства (out1) от температуры. При этом для удобства сравнения напряжение out2 увеличено на 1.135 В. 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.

Источник опорного напряжения, содержащий первый и второй транзисторы, базы которых соединяются с коллектором первого транзистора, первый резистор, включенный между общей шиной и эмиттером второго транзистора, третий транзистор, база которого соединяется с коллектором второго транзистора и первым выводом второго резистора, источник тока, включенный между шиной питания и выходной клеммой, при этом 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 коллектором четвертого транзистора и вторым выводом второго резистора, коллектор пятого транзистора подключен к коллектору первого транзистора, эмиттеры четвертого и пятого транзисторов подключены к выходной клемме.
ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 21-22 из 22.
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
Показаны записи 141-150 из 207.
10.07.2014
№216.012.da15

Способ ускоренного формирования и восстановления емкости никель-кадмиевых аккумуляторов переменным асимметричным током

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для сокращения времени формирования и восстановления емкости никель-кадмиевых аккумуляторов после их длительного хранения. Согласно предложенному изобретению зарядку аккумуляторов ведут переменным асимметричным током при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521607
Дата охранного документа: 10.07.2014
10.07.2014
№216.012.db25

Упругая подвеска с регрессивно-прогрессивной характеристикой

Изобретение относится к машиностроению, а именно к упругим подвескам транспортных средств с нелинейной упругой характеристикой. Упругая подвеска колеса транспортного средства содержит рычаг, упругий элемент и добавочный упругий элемент. Рычаг одним концом шарнирно закреплен на корпусе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521879
Дата охранного документа: 10.07.2014
10.07.2014
№216.012.dbc8

Быстродействующий драйвер емкостной нагрузки

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления и преобразования аналоговых и цифровых импульсных сигналов в устройствах различного функционального назначения, работающих на емкостную нагрузку. Достигаемый технический результат -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522042
Дата охранного документа: 10.07.2014
10.07.2014
№216.012.dbc9

Устройство фильтрации динамических цифровых изображений в условиях ограниченного объема априорных данных

Изобретение относится к средствам анализа и обработки динамических изображений. Техническим результатом является обеспечение фильтрации динамических цифровых изображений в условиях ограниченного объема априорных данных. В устройстве выход блока хранения входной реализации подключен к входу...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522043
Дата охранного документа: 10.07.2014
10.07.2014
№216.012.dbca

Устройство выделения контуров объектов на текстурированном фоне при обработке цифровых изображений

Изобретение относится к средствам обработки цифровых изображений. Техническим результатом является обеспечение выделения объекта со сложным контуром на произвольном текстурированном фоне цифрового изображения. Устройство содержит блок формирования матрицы Лапласиана (4); блок диагональной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522044
Дата охранного документа: 10.07.2014
20.07.2014
№216.012.dff7

Источник опорного напряжения

Устройство относится к области электротехники и может быть использовано в качестве температурно-стабильного источника опорного напряжения (ИОН). Техническим результатом является снижение температурного коэффициента выходного напряжения. Устройство содержит первый и второй резисторы,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523121
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.dff8

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. Технический результат: повышение быстродействия датчика за счет минимизации влияния внутренней емкости сенсора на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523122
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.dffa

Мультидифференциальный операционный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения. Техническим результатом является повышение входных сопротивлений для дифференциального и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523124
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.e026

Компенсационный стабилизатор напряжения

Устройство относится к области электротехники. Технический результат заключается в получении температурно-стабильного выходного напряжения и снижении минимальной разности напряжения вход-выход стабилизатора. Для этого предложен стабилизатор напряжения, содержащий первый и второй транзисторы,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523168
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.e278

Устройство для диагностики индуктивных обмоток

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения неисправного состояния индуктивных обмоток электрических машин. Устройство для диагностики индуктивных обмоток содержит трехфазный трансформатор с регулируемым напряжением вторичной обмотки, соединенной по схеме...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523762
Дата охранного документа: 20.07.2014
+ добавить свой РИД