Двухполярный источник напряжения
BIPOLAR VOLTAGE SOURCE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания различных электронных устройств, например, операционных усилителей, аналого-цифровых преобразователей, цифроаналоговых преобразователей.
Уровень техники
Известен двухполярный источник напряжения, содержащий стабилизаторы напряжения положительной и отрицательной полярности, выполненные соответственно на первом и втором операционных усилителях, при этом выходы усилителей являются выходами соответствующих стабилизаторов напряжения, выход первого усилителя через стабилитрон и резистор соединен соответственно с инвертирующими входами первого и второго усилителей, выход второго усилителя через резисторы соединен со входами первого усилителя, а неинвертируюший вход второго усилителя соединен с общим выводом источника («Электроника», 1975, №4, с. 51-57).
Недостатком известного устройства является ограниченные функциональные возможности, не позволяющие получить на выходах, источника напряжения менее напряжения опорного стабилитрона.
Известен двухполярный источник напряжения (Авторское свидетельство СССР № 875362, Кл. G05F 1/56, 1981) содержащий стабилизаторы напряжения положительной и отрицательной полярности, выполненные соответственно на первом и втором операционных усилителях, при этом выходы усилителей являются выходами соответствующих стабилизаторов напряжения, выход первого усилителя через стабилитрон и резистор соединен соответственно с инвертирующими входами первого и второго усилителей, выход и инвертирующий вход второго усилителя через резисторы соединены с неинвертирующим входом первого усилителя, а неинвертирующий вход второго усилителя соединен с общим выводом источника, инвертирующий вход первого усилителя, через резистор, подключен к выходу второго усилителя.
Недостатком данного двухполярного источника напряжения являются ограниченные функциональные возможности обусловленные:
- низкой температурной стабильностью выходного напряжения (узким диапазоном рабочих температур) в случае широкого диапазона выходных напряжений;
- узким диапазоном выходных напряжений при высокой температурной стабильности (широком диапазоне рабочих температур).
Наиболее близким аналогом-прототипом к заявляемому техническому решению является двухполярный источник напряжения (патент RU №94731, МПК G05F 1/56) содержащий два однотипных лавинных стабилитрона, четыре резистора, два дифференциальных усилителя, выход первого дифференциального усилителя, являющийся первым выходом устройства, через второй резистор подключен к инвертирующему входу второго дифференциального усилителя и через два встречно включенных однотипных лавинных стабилитрона непосредственно подключен к инвертирующему входу первого дифференциального усилителя, и через первый резистор, к выходу второго дифференциального усилителя, являющегося вторым выходом устройства, а так же ко второму выводу четвертого резистора, первый вывод которого непосредственно соединен  с неинвертирующим входом первого дифференциального усилителя и через третий резистор с инвертирующим входом второго дифференциального усилителя, неинвертирующий вход которого заземлен.
Недостатком данного устройства является большое выходное сопротивление, что сужает функциональные возможности устройства как источника двухполярного напряжения.
Раскрытие изобретения
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к снижению выходного сопротивления, а значит и расширению функциональных возможностей устройства как источника двухполярного напряжения.
Технический результат достигается тем, что в двухполярный источник напряжения содержащий два однотипных лавинных стабилитрона, четыре резистора, два дифференциальных усилителя, выход первого дифференциального усилителя через второй резистор подключен к инвертирующему входу второго дифференциального усилителя и через два встречно включенных однотипных лавинных стабилитрона непосредственно подключен к инвертирующему входу первого дифференциального усилителя, соединенный, через первый резистор, с выходом второго дифференциального усилителя, а так же со вторым выводом четвертого резистора, первый вывод которого непосредственно соединен  с неинвертирующим входом первого дифференциального усилителя и через третий резистор с инвертирующим входом второго дифференциального усилителя, неинвертирующий вход которого заземлен, введены третий и четвертый дифференциальный усилитель, причем выход первого дифференциального усилителя соединен с неинвертирующим входом третьего дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого соединен с выходом третьего дифференциального усилителя, выход которого служит первым выходом устройства, выход второго дифференциального усилителя соединен с неинвертирующим входом четвертого дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого соединен с выходом четвертого дифференциального усилителя, выход которого служит вторым выходом устройства.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлена функциональная схема двухполярного источника напряжения.
Осуществление изобретения
Двухполярный источник напряжения, фиг.1, содержит дифференциальные усилители 1, 2, 9, 10,  однотипные лавинные стабилитроны 3 и 4, резисторы 5÷8, причем: выход дифференциального усилителя 1 подключен непосредственно к неинвертирующиму входу дифференциального усилителя 9, через резистор 6 к инвертирующему входу дифференциального усилителя 2 и  первому входу резистора 7, через встречно включенные однотипные лавинные стабилитроны 3, 4 к инвертирующему входу дифференциального усилителя 1, неинвертирующий вход которого подключен ко второму выводу резистора 7 и первому выводу резистора 8; второй вывод резистора 8 непосредственно соединен с выходом дифференциального усилителя 2, неинвертирующий вход которого заземлен, неинвертирующим входом дифференциального усилителя 10, и через резистор 5, с инвертирующим входом дифференциального усилителя 1; инвертирующий вход дифференциального усилителя 9 соединен с выходом дифференциального усилителя 9, выход которого служит первым выходом устройства; инвертирующий вход дифференциального усилителя 10 соединен с выходом дифференциального усилителя 10, выход которого служит вторым выходом устройства.
Двухполярный источник напряжения работает следующим образом.
Если не учитывать при оценке работы устройства неидеальность параметров дифференциальных усилителей 1 и 2, и считать внутреннее сопротивление стабилитронов 3, 4 равным нулю, то коэффициент передачи K дифференциального усилителя 2 равен
, (1)
где номера резисторов соответствуют номерам элементов на схеме.
При выполнении условия
(2)
ст
выходные напряжения операционных усилителей ,   равны между собой и противоположны по знаку, а величины этих напряжений изменяются в зависимости от коэффициента деления делителя в пределах , где U напряжение стабилизации стабилитрона.
Использование в составе схемы устройства в качестве стабилитрона 3 лавинного стабилитрона, то есть стабилитрона  с напряжением стабилизации более 6 В, характеризуемого положительным коэффициентом напряжения стабилизации (см. П.Хоровиц, У.Хилл. «Искусство схемотехники», М.: Мир, 1998 г., с.351), и стабилитрона 4, однотипного стабилитрону 3, но включенного ему встречно (в прямом направлении), а значит характеризуемого отрицательным коэффициентом напряжения стабилизации (см. Китаев В. Е., Бокуняев А.А., Колканов М.Ф. «Электропитание устройств связи»,  М.: Связь, 1975 г., с. 184), обеспечивает взаимную компенсацию коэффициентов напряжения стабилизации стабилитронов 3, 4, а значит и повышенную термостабилизацию устройства.
В случае прототипа, нагрузка двухполярного источника напряжения подключается непосредственно к выходам дифференциальных усилителей 1 и 2, что оказывает дестабилизирующее влияние на режим работы дифференциальных усилителей 1 и 2. Кроме того, значительное выходное сопротивление дифференциальных усилителей 1 и 2 существенно сужает функциональные возможности устройства как источника двухполярного напряжения.
Введение в состав схемы устройства дифференциальных усилителей 9 и 10, выполняющих функции неинвертирующих повторителей напряжения характеризуемых выражениями (3)÷(5) (см. Шило В.Л. «Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре» 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Сов. радио, 1979 г., с.154, 155)
, (3)
где  входное сопротивление неинвертирующего повторителя напряжения;
входное сопротивление дифференциального усилителя;
коэффициент усиления дифференциального усилителя;
(4)
где  выходное сопротивление неинвертирующего повторителя напряжения;
(5)
где  коэффициент усиления по напряжению неинвертирующего повторителя напряжения,
способствует:
- стабилизации режимов работы дифференциальных усилителей 1 и 2;
- снижению выходного сопротивления источника двухполярного напряжения;
- повышает нагрузочную способность источника двухполярного напряжения, а значит - расширению функциональных возможностей устройства как источника двухполярного напряжения.