20.02.2015
216.013.28da

ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЯЕМОГО УДВОЕННОЙ ШИРИНОЙ ЗАПРЕЩЁННОЙ ЗОНЫ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве температурно-стабильного источника опорного напряжения, определяемого удвоенной шириной запрещенной зоны. Технический результат заключается в получении температурно-стабильного выходного напряжения, значение которого близко к удвоенной ширине запрещенной зоны используемого полупроводника. Устройство содержит пять транзисторов, три резистора и источник тока, включенный между шиной питания и выходной клеммой, первый резистор подключен первым выводом к общей шине, второй и третий резисторы подключены первыми выводами к выходной клемме, базы первого и второго транзисторов соединяются с коллекторами первого и пятого и базами четвертого и пятого транзисторов, второй вывод первого резистора подключен к эмиттеру второго транзистора, эмиттеры первого и третьего транзисторов подключены к общей шине, коллектор третьего транзистора подключен к выходной клемме, база третьего транзистора соединяется 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 источник тока, включенный между шиной питания и выходной клеммой, первый резистор, подключенный первым выводом к общей шине, второй и третий резисторы, подключенные первыми выводами к выходной клемме, первый транзистор, эмиттер которого подключен к общей шине, второй транзистор, эмиттер которого подключен ко второму выводу первого резистора, третий транзистор, коллектор которого подключен к выходной клемме, а эмиттер - к общей шине, четвертый и пятый транзисторы, базы которых соединены, коллектор пятого транзистора соединен с коллектором первого и базами первого и второго транзисторов, эмиттер четвертого транзистора подключен ко второму выводу второго резистора, эмиттер пятого транзистора подключен ко второму выводу третьего резистора, коллекторы четвертого и второго транзисторов подключены к базе третьего транзистора, отличающийся тем, что база четвертого транзистора соединяется с коллектором первого транзистора.
Реферат Свернуть Развернуть

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.33.27], что существенно затрудняет их использование в качестве опорного диода.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является ИОН, приведенный на фиг.1 [Патент RU 2488874 C1, МПК G05F 1/56; H03F 1/30 (2006.01). - Опубл. 27.07.2013, Бюл. №21]. Недостатком прототипа является относительно высокий температурный дрейф выходного напряжения (около 10 мВ на 100°C).

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в обеспечении заявляемого технического результата - снижении температурного коэффициента выходного напряжения ИОН.

Для достижения заявляемого технического результата в схему прототипа, содержащую источник тока, включенный между шиной питания и выходной клеммой, первый резистор, подключенный первым выводом к общей шине, второй и третий резисторы, подключенные первыми выводами к выходной клемме, первый транзистор, эмиттер которого подключен к общей шине, второй транзистор, эмиттер которого подключен ко второму выводу первого резистора, третий транзистор, коллектор которого подключен к выходной клемме, а эмиттер - к общей шине, четвертый и пятый транзисторы, базы которых соединены, коллектор пятого транзистора соединен с коллектором первого и базами первого и второго транзисторов, эмиттер четвертого транзистора подключен ко второму выводу второго резистора, эмиттер пятого транзистора подключен ко второму выводу третьего резистора, коллекторы четвертого и второго транзисторов подключены к базе третьего транзистора, введено соединение базы четвертого транзистора с коллектором 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, 2, 4 и 5 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, база транзистора 3 соединяется 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 суммой напряжений база-эмиттер Uбэ3 и Uбэ4 транзисторов VT3 и VT4, а также падением напряжения UR2 на резисторе R2, что может быть описано следующим выражением:

где φт≈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 UR1 на резисторе R1, записав выражение:

или

где R1 - сопротивление резистора R1; 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 T:

где φт=kT/q; k - постоянная Больцмана; T - абсолютная температура; q - заряд электрона.

Дифференцируя выражение (1), получим

Для нахождения приращений dUбэ следует учесть зависимость

где C - 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), (3), (6), приводится к виду

Первое и второе слагаемое в выражении (7) обусловлены, соответственно, изменением напряжений Uбэ3 и Uбэ4.

Так как сумма токов I1, I2 и I3 постоянна, то приращение dl3=-dI1-dI2, а при равных токах I1, I2, I3 и приближенном равенстве приращений dI1 и dI2, с учетом (4), получаем

Выражение (7), с учетом (8), можно привести к следующему виду:

Приравнивая (9) к нулю, получаем условие настройки, при котором нестабильность выходного напряжения по температуре близка к нулю:

Работа заявляемого устройства аналогична работе прототипа. Однако выходное напряжение определяется суммой напряжений база-эмиттер транзисторов 1 и 4, что описывается следующим выражением:

где R7 - сопротивление резистора 7; I1 и I2 - токи эмиттеров транзисторов 1 и 4 соответственно.

Токи I1 и I2 равны току эмиттера транзистора 2 и определяются выражением:

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

Дифференцируя выражение (10), можно вывести равенства:

Дифференцируя выражение (11), с учетом (6), (12) и (13), получим:

Откуда следует условие настройки:

Сравнивая выражения (10) и (15), можно сделать вывод о близости температурно-стабильного выходного напряжения к удвоенной ширине запрещенной зоны для обеих схем. А поскольку напряжение база-эмиттер транзистора 3 практически не влияет на выходное напряжение, схема заявляемого устройства обеспечивает более высокую стабильность выходного напряжения, чем схема прототипа.

Представленные на фиг.3 результаты моделирования отображают зависимость выходного напряжения прототипа (out1) и заявляемого устройства (out2) от температуры. При этом для удобства сравнения напряжение out2 увеличено на 64 мВ (нижняя диаграмма). На верхней диаграмме представлены соответствующие относительные нестабильности выходного напряжения.

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 источник тока, включенный между шиной питания и выходной клеммой, первый резистор, подключенный первым выводом к общей шине, второй и третий резисторы, подключенные первыми выводами к выходной клемме, первый транзистор, эмиттер которого подключен к общей шине, второй транзистор, эмиттер которого подключен ко второму выводу первого резистора, третий транзистор, коллектор которого подключен к выходной клемме, а эмиттер - к общей шине, четвертый и пятый транзисторы, базы которых соединены, коллектор пятого транзистора соединен с коллектором первого и базами первого и второго транзисторов, эмиттер четвертого транзистора подключен ко второму выводу второго резистора, эмиттер пятого транзистора подключен ко второму выводу третьего резистора, коллекторы четвертого и второго транзисторов подключены к базе третьего транзистора, отличающийся тем, что база четвертого транзистора соединяется с коллектором первого транзистора.
ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЯЕМОГО УДВОЕННОЙ ШИРИНОЙ ЗАПРЕЩЁННОЙ ЗОНЫ
ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЯЕМОГО УДВОЕННОЙ ШИРИНОЙ ЗАПРЕЩЁННОЙ ЗОНЫ
ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЯЕМОГО УДВОЕННОЙ ШИРИНОЙ ЗАПРЕЩЁННОЙ ЗОНЫ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 115.
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
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
27.05.2014
№216.012.cacd

Низковольтный температурно стабильный радиационно стойкий 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 заключается в упрощении схемы при высокой температурной стабильности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517683
Дата охранного документа: 27.05.2014
10.06.2014
№216.012.cfd3

Источник опорного напряжения

Устройство относится к области электротехники. Технический результат заключается в получении температурно-стабильного выходного напряжения при значениях, близких к удвоенной ширине запрещенной зоны. Устройство содержит пять транзисторов, два резистора и источник тока, включенный между шиной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518974
Дата охранного документа: 10.06.2014
10.06.2014
№216.012.d0fb

Источник опорного напряжения

Устройство относится к области электротехники. Техническим результатом является повышение температурной стабильности при одновременном повышении нагрузочной способности. Устройство содержит первый транзистор, эмиттером подключенный к общей шине, коллектором - к точке соединения первого вывода...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519270
Дата охранного документа: 10.06.2014
Показаны записи 1-10 из 106.
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
10.06.2014
№216.012.d149

Управляемый усилитель и смеситель аналоговых сигналов на базе дифференциального каскада дарлингтона

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в радиоприемных устройствах, фазовых детекторах и модуляторах, а также в системах умножения частоты или в качестве усилителя, коэффициент передачи по напряжению которого с входов канала «X» зависит от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519348
Дата охранного документа: 10.06.2014
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
20.08.2014
№216.012.ea21

Источник опорного напряжения

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...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525745
Дата охранного документа: 20.08.2014
10.10.2014
№216.012.fb9e

Температурно стабильный источник опорного напряжения на основе стабилитрона

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться при проектировании стабилизаторов напряжения, аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей и других элементов автоматики. Техническим результатом является повышение температурной стабильности выходного напряжения....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530260
Дата охранного документа: 10.10.2014
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
№216.013.0f13

Способ электрохимической защиты текстильных изделий от статического электричества

Изобретение относится к области охраны труда и технике безопасности и предназначено для индивидуальной защиты от воздействия электростатического поля. Изобретение позволяет повысить эффективность индивидуальной защиты работников современных электростатических и взрывоопасных производств при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535276
Дата охранного документа: 10.12.2014
20.02.2015
№216.013.2794

Пешеходный переход

Изобретение относится к области регулирования дорожного движения. Нерегулируемый пешеходный переход состоит из пешеходной дорожки на проезжей части автодороги, обозначенной по краям на тротуарах дорожными знаками. На их опоры устанавливаются видеокамеры, совмещенные с устройством для измерения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541589
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.02.2015
№216.013.281a

Прецизионный аналого-цифровой интерфейс для работы с резистивными микро- и наносенсорами

Изобретение относится к области измерительной техники и может использоваться в структуре различных датчиковых систем, в которых используются резистивные сенсоры, изменяющие свое сопротивление под физическим воздействием окружающей среды (давление, деформация, свет, температура, радиация, состав...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541723
Дата охранного документа: 20.02.2015

Похожие РИД в системе

+ добавить свой РИД