RU2488874C1 - Источник опорного напряжения, определяемого удвоенной шириной запрещенной зоны - Google Patents
Источник опорного напряжения, определяемого удвоенной шириной запрещенной зоны Download PDFInfo
- Publication number
- RU2488874C1 RU2488874C1 RU2012129146/08A RU2012129146A RU2488874C1 RU 2488874 C1 RU2488874 C1 RU 2488874C1 RU 2012129146/08 A RU2012129146/08 A RU 2012129146/08A RU 2012129146 A RU2012129146 A RU 2012129146A RU 2488874 C1 RU2488874 C1 RU 2488874C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistor
- transistors
- emitter
- resistor
- output
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Electrical Variables (AREA)
Abstract
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, близких к удвоенной ширине запрещенной зоны. Устройство содержит пять транзисторов, три резистора и источник тока, включенный между шиной питания и выходной клеммой, первый и второй резисторы подключены первыми выводами к выходной клемме, базы первого и второго транзисторов соединяются с коллекторами первого и пятого транзисторов, третий 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, базы третьего, четвертого и пятого транзисторов соединяются 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.
Description
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.3.27], 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 предполагаемое 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 резисторы, подключенные первыми выводами к выходной клемме, первый и второй транзисторы, базы которых соединяются с коллектором первого транзистора, третий резистор, включенный между общей шиной и эмиттером второго транзистора, третий транзистор, база которого соединяется с коллектором второго транзистора, источник тока, включенный между шиной питания и выходной клеммой, 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 коллекторами второго и четвертого транзисторов, эмиттер четвертого транзистора подключен ко второму выводу второго резистора, эмиттер пятого транзистора подключен ко второму выводу первого резистора, коллектор пятого транзистора подключен к коллектору 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 и 2 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, базы транзисторов 3, 4 и 5 соединяются 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 значением напряжения база-эмиттер Uбэ3 транзистора VT3 и падением напряжения U2 на резисторе R2, что может быть описано следующим выражением:
где φT≈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 U3 на резисторе R3, записав выражение:
U3=Uбэ1-Uбэ2,
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:
где φT=kT/q; k - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура; q - заряд электрона.
Дифференцируя выражение (1), получим
Для нахождения приращения dUбэ3 следует учесть зависимость
где C - постоянный коэффициент, определяемый технологией производства интегрального транзистора; E - 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, а 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 и резисторах 6, 7. А выходное напряжение определяется еще и значением напряжения база-эмиттер Uбэ4 транзистора 4, что описывается следующим выражением:
где R7 - сопротивление резистора 7; I2 и I3 - токи эмиттеров транзисторов 4 и 3 соответственно.
Ток I2 равен току I1 эмиттера транзистора 1 и определяется выражением:
где R8 - сопротивление резистора 8; 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(2φ+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 (out1) и заявляемого устройства (out2) от температуры. При этом для удобства сравнения напряжение out1 увеличено на 1.132B. 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.
Claims (1)
- Стабилизатор напряжения, содержащий первый и второй резисторы, подключенные первыми выводами к выходной клемме, первый и второй транзисторы, базы которых соединяются с коллектором первого транзистора, третий резистор, включенный между общей шиной и эмиттером второго транзистора, третий транзистор, база которого соединяется с коллектором второго транзистора, источник тока, включенный между шиной питания и выходной клеммой, 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 коллекторами второго и четвертого транзисторов, эмиттер четвертого транзистора подключен ко второму выводу второго резистора, эмиттер пятого транзистора подключен ко второму выводу первого резистора, коллектор пятого транзистора подключен к коллектору первого транзистора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012129146/08A RU2488874C1 (ru) | 2012-07-10 | 2012-07-10 | Источник опорного напряжения, определяемого удвоенной шириной запрещенной зоны |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012129146/08A RU2488874C1 (ru) | 2012-07-10 | 2012-07-10 | Источник опорного напряжения, определяемого удвоенной шириной запрещенной зоны |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2488874C1 true RU2488874C1 (ru) | 2013-07-27 |
Family
ID=49155749
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012129146/08A RU2488874C1 (ru) | 2012-07-10 | 2012-07-10 | Источник опорного напряжения, определяемого удвоенной шириной запрещенной зоны |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2488874C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2394266C1 (ru) * | 2009-05-15 | 2010-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Компенсационный стабилизатор напряжения |
RU2409830C1 (ru) * | 2009-12-02 | 2011-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Компенсационный стабилизатор напряжения |
CN202067171U (zh) * | 2011-04-25 | 2011-12-07 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 低压差线性稳压器 |
RU2451972C1 (ru) * | 2011-02-22 | 2012-05-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Стабилизатор постоянного напряжения |
-
2012
- 2012-07-10 RU RU2012129146/08A patent/RU2488874C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2394266C1 (ru) * | 2009-05-15 | 2010-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Компенсационный стабилизатор напряжения |
RU2409830C1 (ru) * | 2009-12-02 | 2011-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Компенсационный стабилизатор напряжения |
RU2451972C1 (ru) * | 2011-02-22 | 2012-05-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Стабилизатор постоянного напряжения |
CN202067171U (zh) * | 2011-04-25 | 2011-12-07 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 低压差线性稳压器 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7812663B2 (en) | Bandgap voltage reference circuit | |
CN103092253B (zh) | 参考电压产生电路 | |
CN105974996B (zh) | 一种基准电压源 | |
US20070080741A1 (en) | Bandgap reference voltage circuit | |
TWI570537B (zh) | Reference voltage circuit | |
CN103472883B (zh) | 电压产生器及能带隙参考电路 | |
CN103076830A (zh) | 带隙基准电路 | |
CN103294100A (zh) | 一种补偿电阻温漂系数的基准电流源电路 | |
CN106055002A (zh) | 低压输出的带隙基准电路 | |
CN105824348A (zh) | 一种基准电压的电路 | |
CN102375468B (zh) | 能带隙参考电路及能带隙参考电流源 | |
CN103365330A (zh) | 参考电压/电流产生装置 | |
CN103399612B (zh) | 无电阻的带隙基准源 | |
CN104977968B (zh) | 一种高阶温度补偿的带隙基准电路 | |
US20100102795A1 (en) | Bandgap voltage reference circuit | |
RU2488874C1 (ru) | Источник опорного напряжения, определяемого удвоенной шириной запрещенной зоны | |
CN103472878A (zh) | 一种基准电流源 | |
RU2518974C2 (ru) | Источник опорного напряжения | |
RU2504817C1 (ru) | Источник опорного напряжения | |
CN112433556A (zh) | 一种改进的带隙基准电压电路 | |
CN101840243A (zh) | Cmos带隙基准电压产生电路 | |
RU2523121C1 (ru) | Источник опорного напряжения | |
EP3244281B1 (en) | An on chip temperature independent current generator | |
RU2541915C1 (ru) | Источник опорного напряжения, определяемого удвоенной шириной запрещённой зоны | |
JP4314669B2 (ja) | バンドギャップリファレンス回路 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140711 |