×
20.08.2014
216.012.ea21

ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Устройство относится к области электротехники и может использоваться при проектировании стабилизаторов напряжения, аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей и других устройств автоматики. Техническим результатом является повышение стабильности выходного напряжения при изменении тока нагрузки при сохранении высокой температурной стабильности. Устройство содержит полевой транзистор с управляющим p-n переходом, первый транзистор, эмиттером подключенный к истоку полевого транзистора, коллектором - шине питания, первый резистор, включенный между базой первого транзистора и шиной питания, второй резистор, включенный между выходом устройства и точкой соединения базы и коллектора второго транзистора, эмиттер которого подключен к общей шине, третий резистор, третий и четвертый транзисторы, причем третий резистор включен между затвором полевого транзистора и шиной питания, база третьего транзистора соединена с базой второго транзистора, коллектор третьего транзистора подключен к точке соединения стока полевого транзистора и базы четвертого транзистора, эмиттер третьего транзистора подключен к общей шине, коллектор четвертого транзистора соединен с затвором полевого транзистора, а эмиттер четвертого транзистора подключен к выходу устройства. 8 ил.
Основные результаты: Источник опорного напряжения, содержащий полевой транзистор с управляющим p-n переходом, первый транзистор, эмиттером подключенный к истоку полевого транзистора, коллектором - шине питания, первый резистор, включенный между базой первого транзистора и шиной питания, второй резистор, включенный между выходом устройства и точкой соединения базы и коллектора второго транзистора, эмиттер которого подключен к общей шине, отличающийся тем, что в устройство введены третий резистор, третий и четвертый транзисторы, причем третий резистор включен между затвором полевого транзистора и шиной питания, база третьего транзистора соединена с базой второго транзистора, коллектор третьего транзистора подключен к точке соединения стока полевого транзистора и базы четвертого транзистора, эмиттер третьего транзистора подключен к общей шине, коллектор четвертого транзистора соединен с затвором полевого транзистора, а эмиттер четвертого транзистора подключен к выходу устройства.
Реферат Свернуть Развернуть

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может использоваться в стабилизаторах напряжения, аналогово-цифровых преобразователях, измерительных схемах и других устройствах автоматики и вычислительной техники.

Известны источники опорного напряжения (ИОН), имеющие высокую стабильность, но содержащие в своем составе биполярные транзисторы p-n-p типа и полевые транзисторы с изолированным затвором, что снижает их радиационную стойкость [Haiplik, И.. Voltage Reference Circuit./ US patent No. 7626374, Dec. 1, 2009.].

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является ИОН, приведенный в [Барилов И.В., Старченко Е.И. Компенсационно-параметрические методы повышения температурной стабильности источника опорного напряжения / Проблемы современной аналоговой микросхемотехники: Сб. материалов IX Международного научно-практического семинара. - Шахты: ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС», 2012, с.116-117, рис.3].

На фиг.1 показана схема прототипа, содержащая полевой транзистор с управляющим p-n переходом, затвор которого подключен к шине питания, а сток подключен к выходу устройства, первый транзистор, эмиттером подключенный к истоку полевого транзистора, коллектором - шине питания, первый резистор, включенный между базой первого транзистора и шиной питания, второй резистор, включенный между выходом устройства и точкой соединения базы и коллектора второго транзистора, эмиттер которого подключен к общей шине.

Недостатком прототипа является его низкая нагрузочная способность - при изменении тока нагрузки выходное напряжение меняется в недопустимо широких пределах.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение стабильности выходного напряжения при изменении тока нагрузки при сохранении высокой температурной стабильности.

Для решения поставленной задачи в схему прототипа, содержащую полевой транзистор с управляющим p-n переходом, первый транзистор, эмиттером подключенный к истоку полевого транзистора, коллектором - шине питания, первый резистор, включенный между базой первого транзистора и шиной питания, второй резистор, включенный между выходом устройства и точкой соединения базы и коллектора второго транзистора, эмиттер которого подключен к общей шине, введены третий резистор, третий и четвертый транзисторы, причем третий резистор включен между затвором полевого транзистора и шиной питания, база третьего транзистора соединена с базой второго транзистора, коллектор третьего транзистора подключен к точке соединения стока полевого транзистора и базы четвертого транзистора, эмиттер третьего транзистора подключен к общей шине, коллектор четвертого транзистора соединен с затвором полевого транзистора, а эмиттер четвертого транзистора подключен к выходу устройства.

Заявляемый ИОН (фиг.2) содержит полевой транзистор 1, первый транзистор 2, эмиттером подключенный к истоку полевого транзистора 1, коллектором - шине питания, первый резистор 3, включенный между базой первого транзистора и шиной питания, второй резистор 4, включенный между выходом устройства и точкой соединения базы и коллектора второго транзистора 5, эмиттер которого подключен к общей шине, третий резистор 6, третий транзистор 7, и четвертый транзистор 8, причем третий резистор 6 включен между затвором полевого транзистора 1 и шиной питания, база третьего транзистора 7 соединена с базой второго транзистора 5, коллектор третьего транзистора 7 подключен к точке соединения стока полевого транзистора 1 и базы четвертого транзистора 8, эмиттер третьего транзистора 7 подключен к общей шине, коллектор четвертого транзистора 8 соединен с затвором полевого транзистора 1, а эмиттер четвертого транзистора 8 подключен к выходу устройства.

Заявляемое устройство работает следующим образом. На полевом транзисторе 1 и транзисторе 2 выполнен источник тока с положительным температурным дрейфом. Ниже будет показано, что ток эмиттера транзистора 8 практически равен току стока полевого транзистора 1 (при условии, что коэффициент передачи повторителя тока на транзисторах 5 и 7 равен единице). Это значит, что ток эмиттера транзистора 8 также имеет положительный температурный дрейф. Таким образом, падение напряжения на резисторе 4 имеет положительный температурный дрейф, а напряжение база - эмиттер транзистора 5 - отрицательный температурный дрейф. Следовательно, при соответствующем выборе сопротивления резистора 4 результирующий температурный дрейф выходного напряжения UВЫХ может быть сделан равным нулю.

При изменении тока нагрузки приращение тока коллектора транзистора 8 выделяется на резисторе 6, за счет чего возникает приращение тока стока полевого транзистора 1. При соответствующем выборе сопротивления резистора 6 в базу транзистора 8 будет поступать приращение тока, необходимое для обеспечения тока нагрузки, а ток через резистор 4 будет оставаться постоянным, чем и обеспечивается повышенная стабильность выходного напряжения ИОН при изменении тока нагрузки.

Покажем, что заявляемый ИОН обладает температурной стабильностью.

Определим ток, протекающий через резистор 4 из следующего условия:

где I1 - ток стока полевого транзистора 1; I4 - ток, протекающий через резистор 4; β8 - коэффициент усиления тока базы транзистора 8; K - коэффициент передачи повторителя тока на транзисторах 5 и 7, откуда следует, что

при условии, что K = 1.

Поскольку

где UБЭ.5 - напряжение база - эмиттер транзистора 5; R4 - сопротивление резистора 4, то условие температурной стабильности можно получить, дифференцируя (3) по температуре и приравнивая производную нулю:

Ток стока полевого транзистора можно представить следующим образом:

где IС.НАЧ - начальный ток стока полевого транзистора 1; UОТС - напряжение отсечки полевого транзистора 1; UБЭ.2 - напряжение база - эмиттер транзистора 2; α8 - коэффициент передачи тока эмиттера транзистора 8; I8 - ток эмиттера транзистора 8; β2 - коэффициент усиления тока базы транзистора 2; R3, R6 - сопротивления резисторов 3 и 6 соответственно.

Дальнейший анализ температурной стабильности проведем в предположении, что R3=R6 = 0. Учет влияния этих сопротивлений весьма усложняет анализ и позволяет получить решение либо числено либо в процессе моделирования, что будет сделано позднее. Тогда выражение (5) преобразуется к виду:

Тогда дифференцирование (6) по температуре дает:

Положим

тогда выражение (7) можно представить в следующем виде:

Подстановка (9) в (4) дает:

откуда, с учетом того, что транзисторы 2 и 5 работают, практически при одинаковых плотностях токов эмиттеров и температурный дрейф их напряжений база-эмиттер одинаков, получаем условие равенства нулю температурного дрейфа выходного напряжения:

Представим выражение (6) следующим образом:

Подставляя (12) в (3) и полагая, что напряжения база - эмиттер транзисторов 2 и 5 равны, а также учитывая условие (11), получаем:

Учет влияния сопротивлений резисторов 3 и 6 приводит к весьма существенному усложнению анализа и приводит к уравнениям, которые, как уже упоминалось, можно решить численно или в процессе моделирования. Качественные рассуждения о влиянии сопротивления резистора 3 приводят к следующему. Поскольку зависимость коэффициента усиления тока базы от температуры имеет вид [Разевиг В.Д. Система сквозного проектирования электронных устройств DesingLab 8.0. - М.: СОЛОН-Р, 2003. С.301]:

где β0 - значение коэффициента усиления тока базы при начальной (комнатной) температуре T0.

Учет выражения (4) при определении температурного дрейфа тока стока полевого транзистора 1 приводит к появлению составляющих высших порядков, за счет чего удается скомпенсировать доминирующую составляющую температурного дрейфа выходного напряжения ИОН второго порядка и существенно повысить температурную стабильность выходного напряжения.

Все выше сказанное можно подтвердить результатами моделирования, приведенными на фиг.3. На фиг.4 и фиг.5 приведены схемы заявляемого ИОН и схемы прототипа, выполненные в среде PSpice. В качестве элементов использованы модели компонентов аналогового базового матричного кристалла, выпускаемого НПО «Интеграл» (г.Минск, Белоруссия) [Дворников, О.В. Аналоговый биполярно-полевой БМК с расширенными функциональными возможностями / О.В. Дворников, В.А. Чеховской // Chip News. - 1999. - №2. - С.21-23.].

На фиг.3 кривые V(OUT1) ИОН, выполненные по схеме заявляемого устройства, а кривые V(OUT) - схеме прототипа. Результаты моделирования показывают, что температурная стабильность и той и другой схемы примерно одинаковы, только на несколько милливольт отличаются по абсолютному значению. Абсолютное отклонение выходного напряжения в диапазоне температур не превышает 500 мкВ, а относительный температурный дрейф ± 16ppm/K.

Покажем, что заявляемый ИОН обладает низким выходным сопротивлением, что существенно повышает его нагрузочную способность по сравнению с ИОН, выполненным по схеме прототипа.

С учетом тока нагрузки 1H можно записать следующее выражения:

Дифференцируя выражения (15) -(17) по току нагрузки, получаем систему уравнений:

где rЭ.2, rЭ.5 - дифференциальное сопротивление эмиттеров транзисторов 2 и 5.

Разрешая систему уравнений (18) относительно ∂UВЫХ/∂IН, получаем выражение для выходного сопротивления:

При выполнении вполне очевидного условия:

выходное сопротивление заявляемого ИОН стремится к нулю.

Естественно предположить, что по причине режимной зависимости параметров, входящих в условие (20), оно может выполняться в некоторой точке, что и подтверждается результатами моделирования, приведенными на фиг.6. На фиг.7 приведены результаты сопоставительного моделирования заявляемого ИОН и схемы прототипа.

Из графиков, приведенных на фиг.6, видно, что в выходном сопротивлении присутствует участок с отрицательным выходным сопротивлением, что может привести к потере устойчивости заявляемого ИОН при скачкообразном изменении тока нагрузки. Однако включение конденсатора С1 емкостью до 10 пФ обеспечивает устойчивость заявляемого ИОН при емкости нагрузки вплоть до 100 нФ при любых уровнях коммутации тока нагрузки - как на участке с положительным, так и на участке с отрицательным выходным сопротивлением, что подтверждается результатами моделирования, приведенными на фиг.8.

Таким образом, результаты проведенного анализа и компьютерного моделирования показывают, что задача предлагаемого изобретения - повышение стабильности выходного напряжения при изменении тока нагрузки при сохранении высокой температурной стабильности решена.

Источник опорного напряжения, содержащий полевой транзистор с управляющим p-n переходом, первый транзистор, эмиттером подключенный к истоку полевого транзистора, коллектором - шине питания, первый резистор, включенный между базой первого транзистора и шиной питания, второй резистор, включенный между выходом устройства и точкой соединения базы и коллектора второго транзистора, эмиттер которого подключен к общей шине, отличающийся тем, что в устройство введены третий резистор, третий и четвертый транзисторы, причем третий резистор включен между затвором полевого транзистора и шиной питания, база третьего транзистора соединена с базой второго транзистора, коллектор третьего транзистора подключен к точке соединения стока полевого транзистора и базы четвертого транзистора, эмиттер третьего транзистора подключен к общей шине, коллектор четвертого транзистора соединен с затвором полевого транзистора, а эмиттер четвертого транзистора подключен к выходу устройства.
ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 73.
27.01.2013
№216.012.2102

Источник опорного напряжения

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться при проектировании стабилизаторов напряжения, аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей, и других элементов автоматики. Технический результат - упрощение схемы при высокой температурной стабильности выходного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473951
Дата охранного документа: 27.01.2013
20.02.2013
№216.012.282f

Источник опорного напряжения

Устройство относится к области электротехники. Техническим результатом является повышение температурной стабильности выходного напряжения источника опорного напряжения. Для этого предложен источник опорного напряжения, содержащий первый транзистор, база которого подключена к базе второго...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475807
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.04.2013
№216.012.3b91

Источник опорного напряжения отрицательной полярности

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться при проектировании стабилизаторов напряжения, аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей и других элементов автоматики и вычислительной техники. Технический результат заключается в повышении температурной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480810
Дата охранного документа: 27.04.2013
27.04.2013
№216.012.3bea

Источник опорного напряжения

Устройство относится к области электротехники. Техническим результатом изобретения является повышение нагрузочной способности источника опорного напряжения при высокой температурной стабильности выходного напряжения. Источник опорного напряжения содержит первый транзистор, эмиттером...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480899
Дата охранного документа: 27.04.2013
27.07.2013
№216.012.5ad5

Источник опорного напряжения, определяемого удвоенной шириной запрещенной зоны

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,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488874
Дата охранного документа: 27.07.2013
20.01.2014
№216.012.98ce

Источник опорного напряжения

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...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504817
Дата охранного документа: 20.01.2014
27.03.2014
№216.012.aeef

Способ определения концентрации и среднего размера частиц пыли

Способ включает преобразование импульсного напряжения в световой поток, зондирование области исследуемой среды световым пучком. Используют измерительный канал, содержащий исследуемую среду, зондируемую световым пучком, и дополнительный канал, который заполнен очищенной от пыли газовой смесью....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510498
Дата охранного документа: 27.03.2014
10.05.2014
№216.012.c01d

Источник опорного напряжения

Устройство относится к области электротехники и может использоваться при проектировании стабилизаторов напряжения, аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей и других элементов автоматики. Технический результат заключается в упрощении схемы при высокой температурной стабильности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514930
Дата охранного документа: 10.05.2014
10.05.2014
№216.012.c282

Быстродействующий драйвер дифференциальной линии связи

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления и преобразования аналоговых сигналов, в структуре «систем на кристалле» и «систем в корпусе» различного функционального назначения (например, операционных усилителей, работающих на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515543
Дата охранного документа: 10.05.2014
27.05.2014
№216.012.ca42

Стиральная машина барабанного типа со струйной обработкой изделий

Стиральная машина барабанного типа со струйной обработкой изделий, включающая цилиндрический, горизонтально расположенный бак, размещенный в нем вращаемый стиральный барабан с гребнями и отверстиями в его цилиндрической части, привод вращения барабана, систему управления, гидронасос, несколько...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517544
Дата охранного документа: 27.05.2014
Показаны записи 1-10 из 212.
27.01.2013
№216.012.204a

Адаптивная машина вращательного бурения

Изобретение относится к горной промышленности, к бурильным машинам вращательного типа. Машина содержит гидродвигатель вращения, гидроцилиндр подачи, напорную и сливную магистрали, подключаемые к маслостанции, регулируемые дросселя, гидрораспределители. Гидродвигатель вращения и гидроцилиндр...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473767
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.2102

Источник опорного напряжения

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться при проектировании стабилизаторов напряжения, аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей, и других элементов автоматики. Технический результат - упрощение схемы при высокой температурной стабильности выходного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473951
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.215a

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f. Избирательный усилитель, содержит первый (1) входной транзистор, источник входного сигнала (2),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474039
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.215b

Избирательный усилитель

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах СВЧ-фильтрации радиосигналов систем сотовой связи, спутникового телевидения, радиолокации и т.п. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474040
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.02.2013
№216.012.24ea

Операционный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является уменьшение входного статического тока ОУ, а также повышение быстродействия ОУ при импульсных входных сигналах. Операционный усилитель содержит первый (1) и второй (2) входные транзисторы, неинвертирующий вход...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474952
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.24eb

Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном изменения входного синфазного сигнала

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является расширение допустимого диапазона изменения входных синфазных сигналов на 0,7÷0,8, что является существенным улучшением одного из важных качественных показателей ДУ. Дифференциальный усилитель с расширенным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474953
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.24ec

Токовое зеркало

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение точности передачи малых входных токов токового зеркала Вильсона при его реализации на p-n-p транзисторах с изоляцией p-n переходами на подложку. Токовое зеркало содержит первый (1) входной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474954
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.02.2013
№216.012.282f

Источник опорного напряжения

Устройство относится к области электротехники. Техническим результатом является повышение температурной стабильности выходного напряжения источника опорного напряжения. Для этого предложен источник опорного напряжения, содержащий первый транзистор, база которого подключена к базе второго...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475807
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.28b1

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f. Избирательный усилитель содержит источник сигнала (1), связанный со входом устройства (2), первый (3)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475937
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.28b2

Избирательный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению на частоте квазирезонанса f. Избирательный усилитель содержит входной транзистор (1), эмиттер которого через первый (2)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475938
Дата охранного документа: 20.02.2013
+ добавить свой РИД