Формирователь опорных напряжений

Союз Советскид Социалистических Республик(51)М. Кл.З Н 03 К 13/05 Государственный комитет СССР ло делам изобретений и открытий(54) ФОРМИРОВАТЕЛЬ ОПОРНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ Изобретение относится к промышленной радиоэлектронике и может быть использовано в цифро-аналоговых преобразователях.5Известен формирователь опорных напряжений по основному авт.св. Р 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 ,13. 15Однако в многополюсном повторителе тока, входящем в состав формирователя, имеются внутренние обратные связи с выходных клемм на входную, а также сопротивления между упомя нутыми 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, ЗО на которой расположены элементы повторителя тока. Сопротивления междувыходными и входными электродамиэлементов, из которых состоит повторитель тока, изменяются при изменениитемпературы окружающего воздуха.В итоге при изменении напряженияна выходных клеммах повторителя токаили при изменении температуры окружающей среды изменяются выходные токиповторителя. Это явление при анализе работы повторителя тока учитывается введением в эквивалентную схемуповторителя тока источников тока утечек, приложенных между выходными ивходной клеммами повторителя,Кроме того, многополюсный повторитель тока имеет низкое входное сопротивление относительно его входнойклеммы и напряжение на этой клеммезафиксировано относительно напряжения на его общей клемме, причем визвестном устройстве напряжение навыходных клеммах многополюсного повторителя тока не равно напряжениюна его входной клемме,При изменении питающего напряжения, прикладываемого к формирователю, изменяются напряжения между выходными и входной клеммой многополюс 879769ного повторителя тока, что влечет засобой изменение токов утечек междУупомянутыми клеммами повторителятока, причем эти изменения токовутечек в реальных случаях не равныдруг другу.При изменении температуры окружающей среды, при зафиксированном напряжении источника питающего напряжениятоки 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 опорныйтранзистор. 15Эти изменения эмиттерных токов,протекающих через компенсирующиетранзисторы каскадов и опорный транзистор, вызывают измерения напряжения база-эмиттер этих транзисторов,а 2 Оследовательно, и изменение опорныхнапряжений, формируемых на входныхклеммах формирователя. Таким образом,известный формирователь имеет пониженную стабильность формируемых опоР- дных 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 Я 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 опорныхнапряжений.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 токоведущего транзистора соединен с базой компенсирующего транзистора и соответствующей 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 спервым полюсом источника питающегонапряжения, а входная клемма - с коллектором опорного транзистора,эмиттеропорного 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 регулирующегоэлемента соединена с выходом источника тока, змиттерами компенсирующих транзисторов каскадов и эмиттеромопорного 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 каскадахпроисходят в одной фазе с изменениемэмиттерного тока опорного транзистора, а в схеме основного изобретения изменения эмиттерных токов компенсирующих транзисторов в каскадах происходят в противофазе с изменениемэмиттерного тока опорного транзистора. Так как напряжения смещений и температурный дрейф напряжений смещений между базами транзисторов с объединенными эмиттерами определяютсялогарифмом 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 соответствующиетранзисторы 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 жения смещения, источник 3 опорного напряжения, источник 4 тока, многополюсный повторитель 5 тока, имеющий входную клемму б, общую клемму 7, выходные клеммы 8-11, и который в од 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 2 б,каждый из которых состоит из компенсирующего транзистора 27 и токоведущего транзистора 28, четырехполюсный регулирующий элемент 29, имеющий входную клемму 30, клемму 31 смещениязо первую выходную клемму 32 и вторую выходную клемму 33 и состоящий из транзисторов 34 и 35. В 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 токо- ведущего транзистора 28 соединен с соответствующей выходной клеммой 21, 22 и 23 устройства, а база токоведу 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-4 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 на 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, 6 О втекающего во входную клемму б многополюсного повторителя 5 тока. Указанное напряжение на входной клемме 30 четырехполюсного регулирующего элемента 29 регулируется таким об разом, чтобы напряжение было практически равно напряжению источника 2напряжения смещения, подключенногок клемме 31 смещения четырехполюсного регулирующего элемента 29,ичтобы ток, протекающий через опорныйтранзистор 17 был равен току,выделяющемуся на выходной клемме 8 многополюсного повторителя 5 тока, асумма токов, протекающих через опорный транзистор 17, четырехполюсныйрегулирующий элемент 29 и компенсирующие транзисторы 27 каскадов 24,25 и 26 равнялась току источника 4тока,Так как токи, протекающие черезопорный транзистор 17 и компенсирующие транзисторы 27 каскадов 24,25 и 26, равны выходным токам многополюсного повторителя 5 тока, выделяющимся на его выходных клеммах8,9,10 и 11, а выходные токи многополюсного повторителя 5 тока равныдруг другу, то напряжения базазмиттер упомянутых транзисторов также равны друг другу, что влечет засобой равенство опорных напряжений,формируемых на входных клеммах 18,19 и 20 формирователя, напряжениюисточника 3 опорного напряжения,подключенного к базе опорного транзистора 17.Изменение напряжения на выходных клеммах 8,9,10 и 11 многополюсного повторителя 5 тока, вызываемоеизменением напряжения источника 1питающего напряжения, влечет за собойизменение токов утечек между выходными клеммами 8-11 и входной клеммой б многополюсного повторителя 5тока, причем указанные изменениятоков утечек в реальном случае неравны друг другу.За счет введения четырехполюсногорегулирующего элемента 29 изменениетока утечки многополюсного повторителя 5 тока воздействующего на какой-либо каскад (24,25 и 26), не влечет за собой изменение эмиттерныхтоков компенсирующих транзисторов(27) в других каскадах. Так,например, за счет изменения тока утечкимежду выходной клеммой 9 многополюсного повторителя 5 тока, связаннойс компенсирующим транзистором 27каскада 24, и входной клеммой б тогоже многополюсного повторителя 5 токаизменяется ток, втекающий во входнуюклемму б многополюсного повторителя5 тока. За счет действия отрицательной обратной связи по контуру: входная клемма б многополюсного повторителя 5 тока, выходная клемма 8многополюсного повторителя 5 тока,входная клемма 30 четырехполюсногорегулирующего элемента 29, выходнаяклемма 33 четырехполюсного регулирующего элемента 29, ток, протекающий через четырехполюсный регули 879769рующий элемент 29 (между его выходными клеммами 32 и 33), меняется таким образом, чтобы скомпенсировать изменение тока, втекающего во входную клемму б многополюсного повторителя 5 тока, вызванное изменением 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 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 6 многополюсного повторителя 5 тока, будут следующими. При анализе полагаем, что входной ток четырех- полюсного регулирующего элемента 29 на его входной клемме 30 мал по сравнению с током, протекающим через опорный транзистор 17.Изменение эмиттерного тока опорного транзистора 17:п 2 изменения эмиттерных токов компенсирующих транзисторов 27 каскадов 24, 25 и 26:В-ЬТР 27 каСК 24 9-6 Ь ут(Ь 3 ):Ь у-еВ-ЬтР 2 т каск 2 о-ь ьЗ3Ут не 25 ОБ-ьтР 2 ткаск 2 ь 1-ьут (Н)Фэ=3 ут е -пе 1О-Ь Я-Ь 10 "Ь Е 1-6где Ьут Ь ут 1 Ьут, рутизменения токов утечек между выходными клеммами 8,9,10,11 и входной клеммой б многополюсного повторителя 5 тока; и - 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 входной 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:29 Г тР 1 ттр 27 каск 24 ( тр 111 каск 2э Эттр 1 ткаск 161не 8-6 9.6 1 О-Ь 1-Ь 1э / )= ( не 2 "3 ут утуут "ут(5)Напряжение источника 2 напряжения смещения выбирается таким образом, чтобы напряжение на входнойклемме 30 четырехполюсного регулирующего элемента 29, соединенной свыходной клеммой 8 многополюсногоповторителя 5 тока и коллекторомопорного транзистора 17, было практически равным напряжениям на выходных клеммах 9,10 и 11 многополюсного повторителя 5 тока, соединенныхс коллекторами компенсирующих транзисторов 27 и базами токоведущихтранзисторов 28 соответствующих каскадов 24,25 и 26, В результате ток,протекающий через опорный транзистор17, согласован по величине с лучшейстепенью точности с токами, протекающими через компенсирующие транзисторы 27 каскадов 24, 25 и 26, аследовательно, формируемые на входныхклеммах 18,19 и 20 формирователя,опорные напряжения с большей степенью точности согласованы по величине с напряжением источника опорного напряжения 3, т.е. повышаетсяточность формирования опорных напряжений,Формула изобретенияФормирователь опорных напряжений по авт.св. У 780187, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повьзаения 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 шиье источника напряжения сме10 879769 ставитель Г. Вязмхред С.Мигунова инКорректор аваро едактор С, Сурк Тираж 991 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4 каз 9740/2 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная щения, вторая шина которого соединена со второй шиной источника питания,первая выходная клемма регулирующегоэлемента соединена с выходом источника тока, эмиттерами компенсирующихтранзисторов каскадов и эмиттеромопорного транзистора, а вторая выходная клемма регулирующего элемента подключена к входной клемме многополюсного повторителя тока.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР М 780187, кл. Н 03 К 13/05, 1978.