[go: up one dir, main page]

RU2473951C1 - Source of reference voltage - Google Patents

Source of reference voltage Download PDF

Info

Publication number
RU2473951C1
RU2473951C1 RU2012101639/08A RU2012101639A RU2473951C1 RU 2473951 C1 RU2473951 C1 RU 2473951C1 RU 2012101639/08 A RU2012101639/08 A RU 2012101639/08A RU 2012101639 A RU2012101639 A RU 2012101639A RU 2473951 C1 RU2473951 C1 RU 2473951C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transistor
collector
base
resistor
emitter
Prior art date
Application number
RU2012101639/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Иванович Старченко
Иван Васильевич Барилов
Павел Сергеевич Кузнецов
Александр Владимирович Сукманов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС")
Priority to RU2012101639/08A priority Critical patent/RU2473951C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2473951C1 publication Critical patent/RU2473951C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: device comprises the first transistor, an emitter of which is connected to the common bus, a base - to a collector of the second transistor, and the collector - to an emitter of the third transistor, the collector of the third transistor is connected to the point of connection of the base and the collector of the fourth transistor and the base of the fifth transistor, the collector of which is connected to the point of connection of the base and the collector of the sixth transistor and the base of the third transistor, the first resistor, with the first output connected to the collector of the second transistor, and with the second output connected to the first output of the second resistor, the third resistor, connected between the base of the second transistor and the point of connection of the first resistor with the second resistor, the fourth resistor connected between the emitter of the fourth transistor and the bus of supply, the fifth resistor, connected between the emitter of the fifth transistor and the bus of supply, and the point of connection of the emitter of the sixth transistor with the second output of the second resistor is an output of the device.
EFFECT: simplified circuit under high temperature stability of output voltage.
6 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может использоваться в стабилизаторах напряжения, аналогово-цифровых преобразователях и других элементах автоматики и вычислительной техники.The present invention relates to the field of electrical engineering and can be used in voltage stabilizers, analog-to-digital converters and other elements of automation and computer technology.

Известен источник опорного напряжения (ИОН), имеющий относительно высокую температурную стабильность, однако он схемотехнически и технологически сложен, так как содержит в своем составе как биполярные, так и полевые транзисторы [Ozalevli, E. at al. Method and apparatus for higher-order correction of a bandgap voltage reference/ US patent No. 7728575, Jim. 1, 2010].A known source of reference voltage (ION), which has a relatively high temperature stability, however, it is circuitry and technological complexity, as it contains both bipolar and field-effect transistors [Ozalevli, E. at al. Method and apparatus for higher-order correction of a bandgap voltage reference / US patent No. 7728575, Jim. 1, 2010].

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является ИОН, приведенный в [Bernard, P. Voltage generator for generating a stable voltage independent of variations in the ambient temperature and of variations in the supply voltage / US Patent No Re.34772, Nov. 1994].The closest technical solution adopted for the prototype is the ION given in [Bernard, P. Voltage generator for generating a stable voltage independent of variations in the ambient temperature and of variations in the supply voltage / US Patent No Re. 34772, Nov. 1994].

На фиг.1 показана схема прототипа, содержащая первый транзистор, эмиттером подключенный к общей шине, базой - к коллектору второго транзистора, второй транзистор, эмиттером подключенный к общей шине, третий транзистор, эмиттер которого подключен к коллектору первого транзистора, коллектор третьего транзистора подключен к точке соединения базы и коллектора четвертого транзистора, а база третьего транзистора подключена к положительному выводу источника ЭДС смещения, отрицательный вывод которого подключен к общей шине, пятый транзистор, базой подключенный к базе четвертого транзистора, а коллектором - к выходу устройства, шестой транзистор, база и коллектор которого объединены и подключены к эмиттеру пятого транзистора, эмиттер шестого транзистора подключен к шине питания, седьмой транзистор, коллектором подключенный к эмиттеру четвертого транзистора, базой - к базе шестого транзистора, а эмиттером - к шине питания, первый резистор, включенный между коллектором и базой второго транзистора, второй резистор, включенный между базой второго транзистора и выходом устройства.Figure 1 shows a prototype circuit comprising a first transistor connected to a common bus by an emitter, a second transistor to a collector, a second transistor connected to a shared bus by an emitter, a third transistor whose emitter is connected to a collector of a first transistor, a collector of a third transistor is connected to the connection point of the base and collector of the fourth transistor, and the base of the third transistor is connected to the positive terminal of the emf bias source, the negative terminal of which is connected to the common bus, the fifth transistor, b the base connected to the base of the fourth transistor, and the collector to the output of the device, the sixth transistor, the base and collector of which are combined and connected to the emitter of the fifth transistor, the emitter of the sixth transistor is connected to the power bus, the seventh transistor connected to the emitter of the fourth transistor, the base to the base of the sixth transistor, and the emitter to the power bus, the first resistor connected between the collector and the base of the second transistor, the second resistor connected between the base of the second transistor and the output of the device.

Недостатком прототипа является его относительно низкая температурная стабильность и высокая сложность схемы, требующая дополнительного источника ЭДС смещения.The disadvantage of the prototype is its relatively low temperature stability and high complexity of the circuit, requiring an additional source of EMF bias.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение температурной стабильности выходного напряжения ИОН при одновременном упрощении устройства.The task of the invention is to increase the temperature stability of the output voltage of the ION while simplifying the device.

Для решения поставленной задачи в схему прототипа, содержащую первый транзистор, эмиттером подключенный к общей шине, базой - к коллектору второго транзистора, второй транзистор, эмиттером подключенный к общей шине, третий транзистор, эмиттер которого подключен к коллектору первого транзистора, а коллектор третьего транзистора подключен к точке соединения базы и коллектора четвертого транзистора, пятый транзистор, базой подключенный к базе четвертого транзистора, шестой транзистор, база и коллектор которого объединены, первый резистор, первым выводом подключенный к коллектору второго транзистора, а вторым выводом - к первому выводу второго резистора, второй вывод которого соединен с выходом устройства, введены третий, четвертый и пятый резисторы, причем третий резистор включен между базой второго транзистора и вторым выводом первого резистора, четвертый резистор включен между эмиттером четвертого транзистора и шиной питания, пятый резистор включен между эмиттером пятого транзистора и шиной питания, объединенные база и коллектор шестого транзистора соединены с базой третьего и коллектором пятого транзисторов, а эмиттер шестого транзистора подключен к выходу устройства.To solve this problem, a prototype circuit containing a first transistor connected to a common bus by an emitter, a second transistor to a collector, a second transistor connected to a shared bus by an emitter, a third transistor whose emitter is connected to a collector of a first transistor and a collector of a third transistor to the connection point of the base and collector of the fourth transistor, the fifth transistor, the base connected to the base of the fourth transistor, the sixth transistor, the base and collector of which are combined, the first resistor , the first terminal connected to the collector of the second transistor, and the second terminal to the first terminal of the second resistor, the second terminal of which is connected to the output of the device, the third, fourth and fifth resistors are introduced, the third resistor being connected between the base of the second transistor and the second terminal of the first resistor, the fourth a resistor is connected between the emitter of the fourth transistor and the power bus, a fifth resistor is connected between the emitter of the fifth transistor and the power bus, the combined base and collector of the sixth transistor are connected to the base and the third collector of the fifth transistor and the sixth transistor emitter connected to the output device.

Заявляемый ИОН (фиг.2) содержит первый транзистор 1, эмиттер которого подключен к общей шине, база - к коллектору второго транзистора 2, а коллектор - к эмиттеру третьего транзистора 3, коллектор третьего транзистора 3 подключен к точке соединения базы и коллектора четвертого транзистора 4 и базы пятого транзистора 5, коллектор которого подключен к точке соединения базы и коллектора шестого транзистора 6 и базы третьего транзистора 3, первый резистор 7, первым выводом подключенный к коллектору второго транзистора 2, а вторым выводом соединенный с первым выводом второго резистора 8, третий резистор 9, включенный между базой второго транзистора 2 и точкой соединения первого резистора 7 со вторым резистором 8, четвертый резистор 10, включенный между эмиттером четвертого транзистора 4 и шиной питания, пятый резистор 11, включенный между эмиттером пятого транзистора 5 и шиной питания, а точка соединения эмиттера шестого транзистора 6 со вторым выводом второго резистора 8 является выходом устройства.The inventive ION (figure 2) contains the first transistor 1, the emitter of which is connected to a common bus, the base to the collector of the second transistor 2, and the collector to the emitter of the third transistor 3, the collector of the third transistor 3 is connected to the connection point of the base and collector of the fourth transistor 4 and the base of the fifth transistor 5, the collector of which is connected to the connection point of the base and collector of the sixth transistor 6 and the base of the third transistor 3, the first resistor 7, the first output connected to the collector of the second transistor 2, and the second output connected the first output of the second resistor 8, the third resistor 9 connected between the base of the second transistor 2 and the connection point of the first resistor 7 with the second resistor 8, the fourth resistor 10 connected between the emitter of the fourth transistor 4 and the power bus, the fifth resistor 11 connected between the emitter of the fifth transistor 5 and the power bus, and the connection point of the emitter of the sixth transistor 6 with the second terminal of the second resistor 8 is the output of the device.

Работа устройства основана на том, что отрицательный температурный дрейф напряжения база-эмиттер второго транзистора 2 (фиг.2) компенсируется положительным температурным дрейфом разности напряжений база-эмиттер первого транзистора 1 и второго транзистора 2, за счет чего выходное напряжение ИОН слабо зависит от температуры.The operation of the device is based on the fact that the negative temperature drift of the base-emitter voltage of the second transistor 2 (Fig. 2) is compensated by the positive temperature drift of the voltage difference of the base-emitter of the first transistor 1 and the second transistor 2, due to which the output voltage of the ion is weakly dependent on temperature.

Для выходного напряжения заявляемого ИОН можно записать:For the output voltage of the claimed ION can be written:

Figure 00000001
Figure 00000001

где I2 - ток коллектора второго транзистора 2; UБЭ.2 - напряжение база-эмиттер второго транзистора 2; β2 - коэффициент усиления тока базы второго транзистора 2; R8 - сопротивление второго резистора 8; R9 - сопротивление третьего резистора 9.where I 2 is the collector current of the second transistor 2; U BE.2 - voltage base-emitter of the second transistor 2; β 2 - gain current base of the second transistor 2; R 8 is the resistance of the second resistor 8; R 9 is the resistance of the third resistor 9.

Ток коллектора второго транзистора 2 может быть определен из следующего соотношения:The collector current of the second transistor 2 can be determined from the following relationship:

Figure 00000002
Figure 00000002

где φT - температурный потенциал; N - отношение площадей эмиттеров первого транзистора 1 и второго транзистора 2.where φ T is the temperature potential; N is the ratio of the emitter areas of the first transistor 1 and the second transistor 2.

(Справедливость приближенного равенства (2) обусловлена тем, что R7>>R3/β2).(The validity of approximate equality (2) is due to the fact that R 7 >> R 3 / β 2 ).

Выражение (2) показывает, что ток коллектора второго транзистора 2 определяется разностью напряжений база-эмиттер первого транзистора 1 и второго транзистора 2.Expression (2) shows that the collector current of the second transistor 2 is determined by the voltage difference between the base-emitter of the first transistor 1 and the second transistor 2.

С учетом (2) выражение (1) можно преобразовать к виду:Given (2), expression (1) can be transformed to:

Figure 00000003
Figure 00000003

Зависимость коэффициента усиления тока базы от температуры можно представить следующим образом [Разевиг В.Д. Система сквозного проектирования электронных устройств DesingLab 8.0. - М.: СОЛОН-Р, 2003. С.301]:The temperature dependence of the base current gain can be represented as follows [V. Razevig DesingLab 8.0 electronic device end-to-end system. - M .: SOLON-R, 2003. P.301]:

Figure 00000004
Figure 00000004

где Т - абсолютная температура; β0 - коэффициент усиления тока базы при комнатной (номинальной) температуре Т0.where T is the absolute temperature; β 0 - gain current base at room (nominal) temperature T 0 .

Таким образом, коэффициент усиления тока базы с ростом температуры возрастает по закону «трех вторых».Thus, the gain of the base current with increasing temperature increases according to the law of "three second".

Из анализа выражения (3) следует, что наряду с компенсацией линейной составляющей температурного дрейфа напряжения база-эмиттер второго транзистора 2 (второе слагаемое в правой части выражения (3) присутствует квадратичная составляющая (третье слагаемое). Таким образом, падение напряжения на третьем резисторе 9 можно представить как некую функциюFrom the analysis of expression (3) it follows that, along with the compensation of the linear component of the temperature drift of the voltage, the base-emitter of the second transistor 2 (the second term on the right side of the expression (3) has a quadratic component (the third term). Thus, the voltage drop across the third resistor 9 can be represented as a certain function

Figure 00000005
Figure 00000005

Именно эта составляющая обеспечивает компенсацию температурной зависимости выходного напряжения второго порядка.It is this component that provides compensation for the temperature dependence of the output voltage of the second order.

Для выходного напряжения схемы прототипа (фиг.1) будет справедливо следующее соотношение:For the output voltage of the prototype circuit (figure 1), the following relation will be true:

Figure 00000006
Figure 00000006

где R1, R2 - сопротивления резисторов, соответствующие позиционному обозначению на фиг.2.where R 1 , R 2 - resistance of the resistors corresponding to the reference designation in figure 2.

На фиг.3 и фиг.4 приведены схемы прототипа и заявляемого устройства для моделирования в среде PSpice. В качестве моделей использованы компоненты аналогового базового матричного кристалла, выпускаемые НПО «Интеграл» (Белоруссия, г.Минск) [Дворников О.В. Аналоговый биполярно-полевой БМК с расширенными функциональными возможностями [Текст] / О.В. Дворников, В.А.Чеховской // Chip News - 1999. №2 - С.21-23].Figure 3 and figure 4 shows a diagram of the prototype and the inventive device for modeling in the environment of PSpice. The components used are the components of the analog base matrix crystal manufactured by NPO Integral (Belarus, Minsk) [O. Dvornikov Analog bipolar field BMK with advanced functionality [Text] / O.V. Dvornikov, V. A. Chekhovskoy // Chip News - 1999. No. 2 - P.21-23].

На фиг.5 приведены результаты моделирования схемы заявляемого ИОН при изменении температуры в диапазоне от -40° до 120°. Абсолютное отклонение выходного напряжения при изменении температуры не превышает 4,2 мкВ при максимальном температурном дрейфе не более 0,472 ppm. Вид кривой изменения выходного напряжения (нижний график) показывает, что в ней доминирует температурная составляющая третьего порядка.Figure 5 shows the simulation results of the circuit of the claimed ION when the temperature changes in the range from -40 ° to 120 °. The absolute deviation of the output voltage when the temperature changes does not exceed 4.2 μV with a maximum temperature drift of not more than 0.472 ppm. The shape of the output voltage variation curve (lower graph) shows that the third-order temperature component dominates in it.

На фиг.6 приведены результаты аналогичного моделирования схемы прототипа. Вид кривой изменения выходного напряжения при изменении температуры говорит о доминировании температурной составляющей второго порядка. Абсолютное отклонение выходного напряжения при воздействии температуры составляет 619 мкВ, что более чем в 140 раз больше, чем в схеме заявляемого ИОН, а максимальный температурный дрейф составляет 19 ppm, что в 40 раз хуже, чем в схеме заявляемого ИОН.Figure 6 shows the results of a similar simulation of the prototype circuit. The shape of the curve of the change in the output voltage with temperature indicates the dominance of the temperature component of the second order. The absolute deviation of the output voltage when exposed to temperature is 619 μV, which is more than 140 times greater than in the circuit of the claimed ION, and the maximum temperature drift is 19 ppm, which is 40 times worse than in the circuit of the claimed ION.

Таким образом, задача предполагаемого изобретения - повышение температурной стабильности и упрощение схемы за счет исключения источника ЭДС смещения решена.Thus, the objective of the proposed invention is to increase temperature stability and simplify the circuit by eliminating the source of EMF bias solved.

Claims (1)

Источник опорного напряжения, содержащий первый транзистор, эмиттером подключенный к общей шине, базой - к коллектору второго транзистора, второй транзистор, эмиттером подключенный к общей шине, третий транзистор, эмиттер которого подключен к коллектору первого транзистора, а коллектор третьего транзистора подключен к точке соединения базы и коллектора четвертого транзистора, пятый транзистор, базой подключенный к базе четвертого транзистора, шестой транзистор, база и коллектор которого объединены, первый резистор, первым выводом подключенный к коллектору второго транзистора, а вторым выводом - к первому выводу второго резистора, второй вывод которого соединен с выходом устройства, отличающийся тем, что в устройство введены третий, четвертый и пятый резисторы, причем третий резистор включен между базой второго транзистора и вторым выводом первого резистора, четвертый резистор включен между эмиттером четвертого транзистора и шиной питания, пятый резистор включен между эмиттером пятого транзистора и шиной питания, объединенные база и коллектор шестого транзистора соединены с базой третьего и коллектором пятого транзисторов, а эмиттер шестого транзистора подключен к выходу устройства. A voltage reference source containing a first transistor connected to a common bus by an emitter, a second transistor to a collector, a second transistor connected to a shared bus by an emitter, a third transistor connected to a collector of a first transistor and a collector of a third transistor connected to a base connection point and the collector of the fourth transistor, the fifth transistor, the base connected to the base of the fourth transistor, the sixth transistor, the base and collector of which are combined, the first resistor, the first output sub connected to the collector of the second transistor, and the second output to the first output of the second resistor, the second output of which is connected to the output of the device, characterized in that the third, fourth and fifth resistors are introduced into the device, the third resistor connected between the base of the second transistor and the second output of the first resistor, the fourth resistor is connected between the emitter of the fourth transistor and the power bus, the fifth resistor is connected between the emitter of the fifth transistor and the power bus, the combined base and collector of the sixth transistor with dineny with the third base and the collector of the fifth transistor and the sixth transistor emitter connected to the output device.
RU2012101639/08A 2012-01-17 2012-01-17 Source of reference voltage RU2473951C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012101639/08A RU2473951C1 (en) 2012-01-17 2012-01-17 Source of reference voltage

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012101639/08A RU2473951C1 (en) 2012-01-17 2012-01-17 Source of reference voltage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2473951C1 true RU2473951C1 (en) 2013-01-27

Family

ID=48807122

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012101639/08A RU2473951C1 (en) 2012-01-17 2012-01-17 Source of reference voltage

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2473951C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2547227C1 (en) * 2014-04-30 2015-04-10 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) Reference voltage source based on double width of silicon inhibited zone
RU2767980C1 (en) * 2021-07-21 2022-03-22 Павел Юрьевич Иванов Reference voltage source

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US34772A (en) * 1862-03-25 Improved burning-fluid
SU1309077A1 (en) * 1986-01-16 1987-05-07 Предприятие П/Я А-3517 Device for processing audio signals
SU1497711A1 (en) * 1987-04-13 1989-07-30 Московский Инженерно-Физический Институт Reference voltage and current source
RU2101751C1 (en) * 1995-12-19 1998-01-10 Донская государственная академия сервиса Reference voltage source
US7728575B1 (en) * 2008-12-18 2010-06-01 Texas Instruments Incorporated Methods and apparatus for higher-order correction of a bandgap voltage reference

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US34772A (en) * 1862-03-25 Improved burning-fluid
SU1309077A1 (en) * 1986-01-16 1987-05-07 Предприятие П/Я А-3517 Device for processing audio signals
SU1497711A1 (en) * 1987-04-13 1989-07-30 Московский Инженерно-Физический Институт Reference voltage and current source
RU2101751C1 (en) * 1995-12-19 1998-01-10 Донская государственная академия сервиса Reference voltage source
US7728575B1 (en) * 2008-12-18 2010-06-01 Texas Instruments Incorporated Methods and apparatus for higher-order correction of a bandgap voltage reference

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2547227C1 (en) * 2014-04-30 2015-04-10 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) Reference voltage source based on double width of silicon inhibited zone
RU2767980C1 (en) * 2021-07-21 2022-03-22 Павел Юрьевич Иванов Reference voltage source

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103729010B (en) High-precision band-gap reference source circuit
TWI405068B (en) Voltage and current generator with an approximately zero temperature coefficient
TW201339795A (en) Reference-voltage circuit
CN105320199A (en) Reference voltage source with higher-order compensation
CN108052151B (en) Band-gap reference voltage source of no-clamping operational amplifier
ATE475925T1 (en) VOLTAGE REFERENCE ELECTRONIC CIRCUIT
KR20140016165A (en) Regulator
RU2473951C1 (en) Source of reference voltage
RU2480899C1 (en) Source of reference voltage
RU2332702C1 (en) Source of reference voltage
CN102722205A (en) A low-voltage band-gap reference generating circuit
RU2530260C1 (en) Heat stable reference voltage source base on stabilitron
RU2461864C1 (en) Source of reference voltage
RU2447477C1 (en) Reference-voltage source
RU2449342C1 (en) Reference-voltage source
JP2013058155A (en) Reference voltage circuit
TW201205226A (en) A low dropout regulator without ESR compensation
RU2523956C2 (en) Reference voltage source
CN117215366A (en) Reference voltage output circuit with ultralow temperature drift
KR20130069416A (en) Reference current generating circuit and reference voltage generating circuit
TW201409198A (en) Reference voltage circuit
RU2520415C1 (en) Source of reference voltage
RU2480810C1 (en) Source of reference voltage of negative polarity
CN103853227B (en) Reference voltage generating circuit
RU2514930C1 (en) Reference voltage source

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140118