Формирователь опорных напряжений

Формирователь опорных напряжений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскид

Социалистических

Республик ф

Ъ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к ввт. свид-ву е 780187 (22) Заявлено 061079 (23) 2829951/18-21 (51)м с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Н 03 К 13/05

Государственный комитет

СССР ло делам изобретений и открытии

Опубликовано 0 7,118 1. Бюллетень № 41

Дата опубликования описания 07. 11. 81 (53) УДК 621. 373 (088.8) льных машин (5 4 ) ФОРМИРОВАТЕЛЬ ОПОРНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

Изобретение относится к промышленной радиоэлектронике и может быть использовано в цифро-аналоговых преобразователях.

Известен формирователь опорных напряжений по основному авт.св. и 780187, содержащий источник питающего напряжения, источник опорного напряжения, источник тока, многополюсный повторитель тока, опорный транзистор, входные клеммы, выходные клеммы и набор идентичных каскадов, каждый из которых включает в себя компенсирующий и токоведущий транзисторы .1). 15

Однако в многополюсном повторителе тока, входящем в состав формирователя, имеются внутренние обратные связи с выходных клемм на входную, а также сопротивления между упомянутыми клеммами, конечные по своей величине и не равные друг другу,что обусловлено внутренними обратными связями с выходных электродов на вход" ные электроды элементов, из которых состоит повторитель тока, и конечными неравными сопротивлениями между выходными и входными электродами упомянутых элементов, а также поверхностными сопротивлениями подложки, на которой расположены элементы повторителя тока. Сопротивления между выходными и входными электродами эл=ментов, из которых состоит повторитель тока, изменяются при изменении температуры окружающего воздуха.

В итоге при изменении напряжения на выходных клеммах повторителя тока или при изменении температуры окружающей среды изменяются выходные токи повторителя. Это явление при анализе работы повторителя тока учитывается введением в эквивалентную схему повторителя тока источников тока утечек, приложенных между выходными и входной клеммами повторителя.

Кроме того, многополюсный повторитель тока имеет низкое входное сопротивление относительно его входной клеммы и напряжение на этой клемме зафиксировано относительно напряжения на его общей клемме, причем в известном устройстве напряжение на выходных клеммах многополюсного повторителя тока не равно напряжению на его входной клемме.

При изменении питающего напряжения, прикладываемого к формирователю, изменяются напряжения между выходными и входной клеммой многополюс879769 ного повторителя тока, что влечет за собой изменение токов утечек между упомянутыми клеммами повторителя тока, причем эти изменения токов утечек в реальных случаях не равны друг другу.

При изменении температуры окружающей среды, при зафиксированном напряжении источника питающего напряжения токи утечек между выходными и входной клеммами многополюсного повторителя тока, обусловленные вышеуказанными факторами, изменяются, что влечет за собой изменение эмиттерных токов, протекающих через компенсирующие транзисторы каскадов и опорный транзистор. 15

Эти изменения эмиттерных токов, протекающих через компенсирующие транзисторы каскадов и опорный транзистор, вызывают измерения напряжения база-эмиттер этих транзисторов,а Щ следовательно, и изменение опорных напряжений, формируемых на входных клеммах формирователя. Таким образом, известный формирователь имеет пониженную стабильность формируемых опорных напряжений при изменении питающего напряжения и при изменении температуры окружающей среды, что является недостатком устройства.

В силу того, что в известном формирователе напряжения на выходных клеммах многополюсного повторителя тока отличаются от напряжения на его входной клемме, то наблюдается некоторое различие выходных токов повторителя от его входного, обусловленное внутренними обратными связями с выходных электродов на входные электроды элементов, из которых состоит повторитель тока, и конечными сопротивлениями между выходными и вход- 4Q ными электродами упомянутых элементов повторителя тока. В результате ток, протекающий через опорный транзистор, отличается от токов, протекающих через компенсирующие транзисторы каскадов, а следовательно, опорные напряжения, формируемые на входных клеммах формирователя, отличаются от напряжения опорного источника, т.е. формирователь имеет пониженную точность формирования опорных напряжений.

Цель изобретения — повышение точности и стабильности формирования опорных напряжений.

Поставленная цель достигается тем, что в формирователь, содержащий источник питающего напряжения, источник опорного напряжения, источник тока, многополюсный повторитель тока, опорный транзистор, входные клеммы, выход- ц ные клеммы и набор идентичных каскадов, каждый иэ которых включает в себя компенсирующий и токоведущий транзисторы, причем эмиттер токоведуutего транзистора соединен с базой компенсирующего транзистора и сооТ ветствующей входной клеммой устройства, коллектор токоведущего транзистора соединен с соответствующей выходной клеммой устройства, а база токоведущего транзистора соединена с коллектором компенсирующего транзистора и соответствующей выходной клеммой многополосного повторителя тока, общая клемма которого соединена с первым полюсом источника питающего напряжения, а входная клемма — с коллектором опорного транзистора,эмиттер опорного транзистора и эмиттеры компенсирующих транзисторов каскадов подключены к выходу источника тока, вход которого соединен со второй шиной источника питающего напряжения, а между базой опорного транзистора и вышеуказанной шиной включен источник опорного напряжения, введены источник напряжения смещения и четырехполюсный регулирующий элемент с входной клеммой, клеммой смещения и двумя выходными клеммами, причем входная клемма регулирующего элемента соединена с коллектором опорного транзистора и соответствукщей выходной клеммой многополюсного повторителя тока, клемма смещения регулирующего элемента подключена к первой шине источника напряжения смещения, вторая шина которого соединена с второй шиной источника питания,первая выходная клемма регулирующего элемента соединена с выходом источника тока, змиттерами компенсирующих транзисторов каскадов и эмиттером опорного транзистора, а вторая выходная клемма регулирующего элемента подключена к входной клемме многополюсного повторителя тока.

Изменение эмиттерных токов компенсирующих транзисторов в каскадах и опорного транзистора в данном формирователе меньше изменений эмиттерных оков соответствующих транзисторов в известном формирователе.

Изменения эмиттерных токов компенсирующих транзисторов в каскадах происходят в одной фазе с изменением эмиттерного тока опорного транзистора, а в схеме основного изобретения изменения эмиттерных токов компенсирующих транзисторов в каскадах происходят в противофазе с изменением эмиттерного тока опорного транзистора.

Так как напряжения смещений и температурный дрейф напряжений смещений между базами транзисторов с объединенными эмиттерами определяются логарифмом отношения токов, протекающих через эти транзисторы, то учитывая, что изменения эмиттерных токов, протекающих через компенсирующие транзисторы каскадов и опорный транзистор в данном формирователе, меньше изменений эмиттерных токов, протекающих через соответствующие

879769 транзисторы в схеме основного изобретения; и изменения токов через компенсирующие транзисторы каскадов и опорный транзистор в предлагаемом формирователе происходят в фазе, а в известном — в противофазе, предлагаемый формирователь имеет повышенную стабильность формируемых опорных напряжений при изменении питающего напряжения и повышенную температурную стабильность формируемых опорных напряжений по сравнению с известным.

На чертеже представлена структурная схема формирователя опорных напряжений. устройство содержит источник 1 питающего напряжения, источник 2 напря- 15 жения смещения, источник 3 опорного напряжения, источник 4 тока, многополюсный повторитель 5 тока, имеющий входную клемму 6, общую клемму 7, выходные клеммы 8-11, и который в од- 2О ной из схем реализации состоит из транзисторов 12-16, опорный транзистор 17, входные клеммы 18, 19 и 20, выходные клеммы 21, 22 и 23 и набор идентичных каскадов 24, 25 и 26,каждый из которых состоит из компенсирующего транзистора 27 и токоведущего транзистора 28, четырехполюсный регулирующий элемент 29, имеющий входную клемму 30, клемму 31 смещения,зо первую выходную клемму 32 и вторую выходную клемму 33 и состоящий из транзисторов 34 и 35. B каждом из каскадов 24, 25 и 26 эмиттер токоведущего транзистора 28 соединен с базой компенсирующего транзистора 27 и соответствующей входной клеммой 18, 19 и 20 устройства. Коллектор токоведущего транзистора 28 соединен с соответствующей выходной клеммой 21, 22 и 23 устройства, а база токоведу- 40 щего транзистора 28 соединена с коллектором компенсирующего транзистора

27 и соответствующей выходной клеммой 9,10 и 11 многополюсного повто. рителя 5 тока, общая клемма 7 ко- 45 торого соединена с первым полюсом источника 1.

Формирователь работает следующим образом.

Ток, протекающий через четырехполюсный регулирующий элемент 29 (между его выходными клеммами 32 и 33), втекает во входную клемму 6 многополюсного повторителя 5 тока и повторяется íà его выходных клеммах

8,9 10 и 11.. Изменение напряжения на входной клемме 30 четырехполюсного регулирующего элемента 29 вызывает изменение тока, протекающего через четырехполЮсный регулирующий элемент 29, а следовательно и тока, 6О втекающего во входную клемму б многополюсного повторителя 5 тока. Указанное напряжение на входной клемме

30 четырехполюсного регулирующего элемента 29 регулируется таким об- 65 разом, чтобы напряжение было практически равно напряжению источника 2 напряжения смещения, подключенного к клемме 31 смещения четырехполюсного регулирующего элемента 29,и чтобы ток, протекающий через опорный транзистор 17 был равен току,выделяющемуся на выходной клемме 8 многополюсного повторителя 5 тока, а сумма токов, протекающих через опорный транзистор 17, четырехполюсный регулирующий элемент 29 и компенсирующие транзисторы 27 каскадов 24, 25 и 26 равнялась току источника 4 тока.

Так как токи, протекающие через опорный транзистор 17 и компенсирующие транзисторы 27 каскадов 24, 25 и 26, равны выходным токам многополюсного повторителя 5 тока, выделяющимся на его выходных клеммах

8,9,10 и 11, а выходные токи многополюсного повторителя 5 тока равны друг другу, то напряжения базазмиттер упомянутых транзисторов также равны друг другу, что влечет за собой равенство опорных напряжений, формируемых на входных клеммах 18, 19 и 20 формирователя, напряжению источника 3 опорного напряжения,подключенного к базе опорного транзистора 17.

Изменение напряжения на выходных клеммах 8,9,10 и 11 многополюсного повторителя 5 тока, вызываемое изменением напряжения источника 1 питающего напряжения, влечет за собой изменение токов утечек между выходными клеммами 8-11 и входной клеммой б многополюсного повторителя 5 тока, причем указанные изменения токов утечек в реальном случае не равны друг другу.

3а счет введения четырехполюсного регулирующего элемента 29 изменение тока утечки многополюсного повторителя 5 тока воздействующего на какой-либо каскад (24,25 и 26), не влечет за собой изменение эмиттерных токов компенсирующих транзисторов (27) в других каскадах. Так,например, за счет изменения тока утечки между выходной клеммой 9 многополюсного повторителя 5 тока, связанной с компенсирующим транзистором 27 каскада 24, и входной клеммой б того же многополюсного повторителя 5 тока изменяется ток, втекающий во входную клемму б многополюсного повторителя

5 тока. За счет действия отрицательной обратной связи по контуру: входная клемма б многополюсного повторителя 5 тока, выходная клемма 8 многополюсного повторителя 5 тока, входная клемма 30 четырехполюсного регулирующего элемента 29, выходная клемма 33 четырехполюсного регулирующего элемента 29, ток, протекающий через четырехполюсный регули879769

 †тр лЗут ьЗ, =

m*2 изменения эмиттерных токов компенсирующих транзисторов 27 каскадов 24, 25 и 26: э-ь

6 Ь т ф ) = у у -+

9-6 тракае 1 0-6 63» 1 У н+1 (2!

5О

g-ь тр 2 0ск26 «-6

Фэ = 3ут — н+1

8-6 Я-Ь 0-6 Н-6 где ут < ут у ут ут изменения токов утечек между выходными клеммами 8,9,10,11 и входной клеммой б многополюсного повторителя 5 тока; n — число каскадов.

При изменении температуры окружающей среды, в случае, если зафиксировано напряжение источника 1 питающего напряжения, токи утечек между выходными клеммами 8,9,10,11 и входрующий элемент 29 (между его выходными клеммами 32 и 33), меняется таким образом, чтобы скомпенсировать изменение тока, втекающего во входную клемму 6 многополюсного повторителя 5 тока, вызванное изменением . Э упомянутого тока утечки между выходной клеммой 9 и входной клеммой б многополюсного повторителя 5 тока.

В конечном итоге эмиттерный ток компенсирующего транзистора 27 каскада 24 увеличивается на величину изменения тока утечки между выходной клеммой 9 и входной клеммой б многополюсного повторителя 5 тока (произошло увеличение упомянутого тока утечки), ток, протекающий через четырехполюсный регулирующий элемент

29 (между его выходными клеммами

32 и 33), уменьшается на ту же величину, а токи, протекающие через компенсирующие транзисторы 27 осталь- 20 ных каскадов 25, 26 и через опорный транзистор 17, не изменяются по величине.

В результате изменения эмиттерных токов компенсирующих транзисторов 27 каскадов 24, 25, 26 и изменение эмиттерного тока опорного транзистора

17 под воздействием изменений токов утечек, возникающих между выходными клеммами 8,9,10,11 и входной клеммой б многополюсного повторителя 5 тока, будут следующими. При анализе полагаем, что входной ток четырехполюсного регулирующего элемента 29 на его входной клемме 30 мал по сравнению с током, протекающим через опорный транзистор 17.

Изменение эмиттерного тока опорного транзистора 17: ной клеммой б многополюсного повторителя 5 тока изменяются, что влечет за собой изменение эмиттерных токов, протекающих через компенсирующие транзисторы 27 каскадов 24,25,26 и опорный транзистор 17. Результирующие изменения эмиттерных токов, протекающих через упомянутые транзисторы, определяются соотношениями (1), (2), (3), (4) . изменение тока, протекающего через четырехполюсный регулирующий элемент 29 (между его выходными клеммами 32 и 33), определяется соотношением:

2у Г тР1т t трl7iK0ck24 (тр1т кдск25

Э

+()

+ тр1" к юк261 н 8-ь 9-ь i0-ь <1-6f

)= (н,2 "Зут ут ут "+ ут ) (5)

Напряжение источника 2 напряжения смещения выбирается таким образом, чтобы напряжение на входной клемме 30 четырехполюсного регулирующего элемента 29 соединенной с выходной клеммой 8 многополюсного повторителя 5 тока и коллектором опорного транзистора 17, было практически равным напряжениям на выходных клеммах 9,10 и 11 многополюсного повторителя 5 тока, соединенных с коллекторами компенсирующих транзисторов 27 и базами токоведущих транзисторов 28 соответствующих каскадов 24,25 и 26. В результате ток, протекающий через опорный транзистор

17, согласован по величине с лучшей степенью точности с токами, протекающими через компенсирующие транзисторы 27 каскадов 24, 25 и 26, а следовательно, формируемые на входных клеммах 18,19 и 20 формирователя, опорные напряжения с большей степенью точности согласованы по величине с напряжением источника опорного напряжения 3, т.е. повышается точность формирования опорных напряжений.

Формула изобретения

Формирователь опорных напряжений по авт.св. У 780187, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повьааения точности и стабильности формирования опорных напряжений, в него введены источник напряжения смещения и четырехполюсный регулирующий элемент с входной клеммой, клеммой смещения и двумя выходными клеммами, причем входная клемма регулирующего элемента соединена с коллектором опорного транзистора и соответствующей выходной клеммой многополюсного повторителя тока, клемма смещения регулирующего элемента подключена к первой шине источника напряжения сме10

879769

Составитель Г. Вязмитин редактор С. Суркова Техред С.Мигунова Корректор Г. Назарова

Тираж 991 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Эаказ 9740/28

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4 щения, вторая шина которого соединена со второй шиной источника питания, первая выходная клемма регулирующего элемента соединена с выходом источника тока, эмиттерами компенсирующих транзисторов каскадов и эмиттером опорного транзистора, а вторая выходная клемма регулирующего элемента подключена к входной клемме многополюсного повторителя тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 780187, кл. Н 03 К 13/05, 1978.