RU2676755C1 - Reference voltage with a reduced noise level generation device - Google Patents
Reference voltage with a reduced noise level generation device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2676755C1 RU2676755C1 RU2018100699A RU2018100699A RU2676755C1 RU 2676755 C1 RU2676755 C1 RU 2676755C1 RU 2018100699 A RU2018100699 A RU 2018100699A RU 2018100699 A RU2018100699 A RU 2018100699A RU 2676755 C1 RU2676755 C1 RU 2676755C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- operational amplifier
- resistor
- output
- subtractor
- Prior art date
Links
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 5
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 5
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 101150060629 def gene Proteins 0.000 description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F3/00—Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
- G05F3/02—Regulating voltage or current
- G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к области электротехники, в частности, к устройствам формирования опорного напряжения, и может быть использовано при создании малошумящих источников стабильного напряжения постоянного тока.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular, to devices for generating a reference voltage, and can be used to create low-noise sources of stable DC voltage.
Уровень техникиState of the art
Известно устройство формирования опорного напряжения содержащее источник опорного напряжения и конденсатор, выполняющий роль фильтра низких частот ((https://www.datasheetarchive.com/MAX872-datesheet.html), (Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. - М.: Мир, 1997 г. - 704 с., см. стр. 361)).A device for generating a reference voltage containing a reference voltage source and a capacitor that acts as a low-pass filter ((https://www.datasheetarchive.com/MAX872-datesheet.html), (Horowitz P., Hill W. The art of circuitry. - M. : World, 1997 - 704 p., See p. 361)).
Недостатком данного устройства является значительный уровень шумов, прежде всего, низкочастотныхThe disadvantage of this device is a significant level of noise, especially low-frequency
Неэффективность фильтра низких частот обусловлена невозможностью использования конденсаторов большой емкости в цепи фильтрации в силу ограниченности емкостной нагрузки источника опорного напряжения.The inefficiency of the low-pass filter is due to the inability to use large capacitors in the filter circuit due to the limited capacitive load of the reference voltage source.
Известен мало-шумящий источник напряжения (low-noise voltage reference) выходной сигнал которого является разностным напряжением двух сигналов предварительно подвергнутых низкочастотной фильтрации и порождаемых «стабилитроном с напряжением запрещенной зоны». В основе процесса осуществления действий данного устройства (US 4795961 A (Unitrode corporation), 03.01.1989(5 л))), лежит система комбинированного цикла (Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем. М., «Машиностроение», 1973, 606 с. - с. 9). При этом, в качестве регулирующего воздействия, выступает сигнал цепи обратной связи (выход устройства, делитель напряжения 84, базы транзисторов 52, 62).Known low-noise voltage source (low-noise voltage reference), the output signal of which is the difference voltage of two signals previously subjected to low-pass filtering and generated by a zener diode with a forbidden voltage. The basis of the process of implementing the actions of this device (US 4795961 A (Unitrode corporation), 01/03/1989 (5 L))) is the combined cycle system (Ivashchenko NN Automatic regulation. Theory and elements of systems. M., "Engineering" , 1973, 606 pp. - p. 9). At the same time, the feedback signal (the output of the device, the voltage divider 84, the base of transistors 52, 62) acts as a regulatory action.
Недостатком данного устройства является значительный уровень шумов обусловленный тем, что стремление к уменьшению уровня шумов в области низких и инфранизких частот сопровождается повышением вероятности возникновения импульсных помех, в виду некорреллированности составляющих шума в сигналах снимаемых с коллекторов транзисторов 52, 62 и служащих основой для формирования выходного напряжения источника.The disadvantage of this device is a significant noise level due to the fact that the desire to reduce noise in the low and infra-low frequencies is accompanied by an increase in the likelihood of impulse noise, due to the uncorrelated noise components in the signals taken from the collectors of transistors 52, 62 and serving as the basis for the formation of the output voltage source.
Известен источник опорного напряжения, SU 421002А (Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторский институт научного приборостроения), 25.03.1974 (2 л)), который, согласно процесса осуществления действий, представляет собой систему замкнутого цикла (Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем. М., «Машиностроение», 1973, 606 с. - с. 9). При этом, в качестве регулирующего воздействия выступает сигнал цепи обратной связи (конденсатор 7, усилитель 5, резистор 6, RC-фильтр 4, а в качестве управляющего воздействия - выходное напряжение стабилизатора 1).A well-known reference voltage source, SU 421002A (All-Union Scientific Research and Design Institute of Scientific Instrument Making), 03/25/1974 (2 l), which, according to the process of implementing actions, is a closed loop system (Ivashchenko NN Automatic regulation. Theory and elements of systems. M., "Mechanical Engineering", 1973, 606 pp. - p. 9). In this case, the feedback signal (
Недостатком данного устройства является значительный уровень шумов обусловленный тем, что фазовый сдвиг в цепи обратной связи порождает динамическую ошибку замкнутой системы регулирования и приводит к противоречию: стремление к уменьшению уровня шумов в области низких и инфранизких частот приводит к сохранению (неизменности) уровня высокочастотных шумов.The disadvantage of this device is a significant noise level due to the fact that the phase shift in the feedback circuit generates a dynamic error of the closed-loop control system and leads to a contradiction: the desire to reduce the noise level in the low and infra-low frequencies leads to the preservation (invariance) of the high-frequency noise level.
Наиболее близким аналогом - прототипом к заявляемому техническому решению является устройство формирования опорного напряжения с пониженным уровнем шумов (патент RU 2422874, МПК G05F 3/08, 27.06.2011).The closest analogue is the prototype of the claimed technical solution is a device for generating a reference voltage with a low noise level (patent RU 2422874, IPC
Устройство формирования опорного напряжения с пониженным уровнем шумов содержит стабилизатор, конденсатор, вычитатель, при этом выход стабилизатора непосредственно и через конденсатор, соединен, соответственно, с первым и вторым входами вычитателя, выход которого является выходом устройства формирования опорного напряжения с пониженным уровнем шумов.The device for generating a reference voltage with a reduced noise level contains a stabilizer, a capacitor, a subtracter, while the output of the stabilizer directly and through a capacitor is connected, respectively, to the first and second inputs of the subtractor, the output of which is the output of the device for forming a reference voltage with a reduced noise level.
Вычитатель содержит четыре резистора и операционный усилитель: выход операционного усилителя служит выходом вычитателя; неинвертирующий вход операционного усилителя подключен ко второму и первому контактам, соответственно, первого резистора и второго резистора; инвертирующий вход операционного усилителя подключен ко второму и первому контактам, соответственно, третьего резистора и четвертого резистора; первые контакты первого резистора и третьего резистора являются, соответственно, первым и вторым входами вычитателя; второй контакт второго резистора заземлен; второй контакт четвертого резистора подключен к выходу операционного усилителя.The subtractor contains four resistors and an operational amplifier: the output of the operational amplifier serves as the output of the subtractor; the non-inverting input of the operational amplifier is connected to the second and first contacts, respectively, of the first resistor and second resistor; the inverting input of the operational amplifier is connected to the second and first contacts, respectively, of the third resistor and fourth resistor; the first contacts of the first resistor and the third resistor are, respectively, the first and second inputs of the subtractor; the second contact of the second resistor is grounded; the second contact of the fourth resistor is connected to the output of the operational amplifier.
Степень подавления шумовой составляющей в значительной мере определяется постоянной времени фильтра высоких частот прототипа τФВЧ.прот образованного конденсатором C1, первым и вторым резисторами R1, R2 вычитателя, а значит фазовый сдвиг шумовой составляющей прототипа ϕШС.прот(ω), где ω - текущая частота, выделенной шумовой составляющей будет определяться зависимостьюThe degree of suppression of the noise component is largely determined by the time constant of the high-pass filter of the prototype τ HPF.prot formed by the capacitor C1, the first and second subtractor resistors R1, R2, which means the phase shift of the noise component of the prototype ϕ SH.S.prot (ω), where ω is the current the frequency allocated by the noise component will be determined by the dependence
При этом на τФВЧ.прот, R1 и R2 накладываются условия:At the same time on τ HPF.prot , R 1 and R 2 the conditions are imposed:
где R3, R4 - сопротивление третьего и четвертого резисторов вычитателя.where R 3 , R 4 - the resistance of the third and fourth resistors of the subtractor.
Так как выполнение условия (3) (а именно: τФВЧ.прот >>1 с), технически неосуществимо (увеличение номиналов элементов, с целью увеличения τФВЧ.прот, приведет к неустойчивой работе как операционного усилителя вычитателя, так и стабилизатора), а значит, будет неполное подавление шумовой составляющей (в области инфранизких частот), или иначе говоря, будет узкополосная компенсация шумовой составляющей выходного напряжения стабилизатора, в силу возникающего фазового сдвига. В частности, моделирование процесса формирования опорного напряжения с пониженным уровнем шумов (выполненное в программе Electronics Workbench Multisim 8 Simulation & Capture Version 8.2.12), в случае использования элементов с предельно допустимыми параметрами: С1=1 мкФ; R1=R2=R3=R4=500 кОм; (τФВЧ.прот =1 с), показало частотную зависимость как фазового сдвига шумовой составляющей прототипа ϕШС.прот(ω), так и коэффициента подавления шума прототипа KПШ.прот(ω), таблица 1.Since the fulfillment of condition (3) (namely: τ HPF.prot >> 1 s) is technically unfeasible (an increase in the nominal values of the elements, in order to increase τ HPF.prot , will lead to unstable operation of both the operational amplifier of the subtractor and the stabilizer), which means that there will be incomplete suppression of the noise component (in the region of infra-low frequencies), or in other words, there will be narrow-band compensation of the noise component of the output voltage of the stabilizer, due to the occurring phase shift. In particular, modeling the process of forming the reference voltage with a reduced noise level (performed in the Electronics Workbench Multisim 8 Simulation & Capture Version 8.2.12 program), in the case of using elements with maximum permissible parameters: C 1 = 1 μF; R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = 500 kOhm; (τ HPF.prot = 1 s), showed the frequency dependence of both the phase shift of the noise component of the prototype ϕ SH.S.prot (ω) and the noise suppression coefficient of the prototype K PSh.prot (ω), table 1.
Мгновенный уровень выходного напряжения шума устройства прототипа Uш.прот определяется выражением:The instantaneous noise output voltage level of the prototype device U W. prot is determined by the expression:
где Uш.cт - мгновенный уровень шума стабилизатора;where U W. ct is the instantaneous noise level of the stabilizer;
Uш.ОУ.выч - мгновенный уровень шума операционного усилителя (ОУ) вычитателя.U sh.OU. habit - instant noise level of the operational amplifier (op-amp) of the subtractor.
Исследования показали возможность понижения шума стабилизатора (в частности, ИМС:Studies have shown the possibility of reducing the noise of the stabilizer (in particular, IC:
- МАХ872 (https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/73832/MAXIM/MAX872.html);- MAX872 (https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/73832/MAXIM/MAX872.html);
- ADR584 (chrome-extension:https://oemmndcbldboiebfnladdacbdfmadadm/https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD584.pdf),- ADR584 (chrome-extension: // oemmndcbldboiebfnladdacbdfmadadm / http: //www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD584.pdf),
при использовании в качестве ОУ вычитателя ИМС ОР07С, с эквивалентным входным шумом 0,38 мкВ (пик-пик) в полосе частот 0.1÷10 Гц (https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/73497/MAXIM/OP07CCSA.html), таблица 2.when using as an op-amp subtractor, IC OR07C, with an equivalent input noise of 0.38 μV (peak-to-peak) in the frequency band 0.1 ÷ 10 Hz (https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/73497/MAXIM/ OP07CCSA.html), table 2.
Недостатками устройства прототипа являются:The disadvantages of the prototype device are:
- значительный уровень шумовой составляющей инфранизкочастотного диапазона, при одновременно высоких требованиях к величине емкости конденсатора (в идеале, для постоянной времени τФВЧ желательно выполнение условия: τФВЧ >>1 с);- a significant level of the noise component of the infra-low-frequency range, while at the same time high requirements for the capacitor value (ideally, for the time constant τ HPF it is desirable to fulfill the condition: τ HPF >> 1 s);
- инверсия полярности формируемого опорного напряжения относительно полярности выходного напряжения используемого стабилизатора.- inversion of the polarity of the generated reference voltage relative to the polarity of the output voltage of the used stabilizer.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к снижению уровня шумов и приведению полярности формируемого опорного напряжения к полярности выходного напряжения используемого стабилизатора.The technical result that can be achieved using the present invention is to reduce the noise level and bring the polarity of the generated reference voltage to the polarity of the output voltage of the stabilizer used.
Технический результат достигается тем, что в устройство формирования опорного напряжения содержащее стабилизатор, конденсатор, вычитатель, при этом выход стабилизатора подключен к первому контакту конденсатора и первому входу вычитателя, выход которого служит выходом устройства, введены, последовательно соединенные, масштабирующий повторитель напряжения, делить напряжения и повторитель напряжения, причем второй контакт конденсатора соединен со входом масштабирующего повторителя напряжения, второй вход вычитателя соединен с выходом повторителя напряжения.The technical result is achieved by the fact that in the device for generating a reference voltage containing a stabilizer, capacitor, subtractor, while the output of the stabilizer is connected to the first contact of the capacitor and the first input of the subtractor, the output of which serves as the output of the device, introduced, connected in series, a scaling voltage follower, divide the voltage and a voltage follower, the second contact of the capacitor connected to the input of the scaling voltage follower, the second input of the subtractor connected to the output m of the voltage follower.
Масштабирующий повторитель напряжения содержит три резистора и операционный усилитель: неинвертирующий вход операционного усилителя, через первый резистор, соединен со входом масштабирующего повторителя напряжения; инвертирующий вход операционного усилителя подключен ко второму и первому контактам, соответственно, второго и третьего резистора; первый контакт второго резистора заземлен; второй контакт третьего резистора подключен к выходу операционного усилителя, служащего выходом масштабирующего повторителя напряжения.The scaling voltage follower contains three resistors and an operational amplifier: a non-inverting input of the operational amplifier, through the first resistor, connected to the input of the scaling voltage follower; the inverting input of the operational amplifier is connected to the second and first contacts, respectively, of the second and third resistor; the first contact of the second resistor is grounded; the second contact of the third resistor is connected to the output of the operational amplifier, which serves as the output of the scaling voltage follower.
Делить напряжения содержит два резистора: вход делителя напряжения подключен к первому контакту первого резистора; второй контакт первого резистора и первый контакт второго резистора, соединены с выходом делителя напряжения, второй контакт второго резистора заземлен.Voltage sharing contains two resistors: the input of the voltage divider is connected to the first contact of the first resistor; the second contact of the first resistor and the first contact of the second resistor are connected to the output of the voltage divider, the second contact of the second resistor is grounded.
Повторитель напряжения содержит операционный усилитель, при этом неинвертирующий вход операционного усилителя подключен ко входу повторителя напряжения, инвертирующий вход операционного усилителя соединен с выходом операционного усилителя и выходом повторителя напряжения.The voltage follower contains an operational amplifier, while the non-inverting input of the operational amplifier is connected to the input of the voltage follower, the inverting input of the operational amplifier is connected to the output of the operational amplifier and the output of the voltage follower.
Вычитатель содержит четыре резистора и операционный усилитель: выход операционного усилителя служит выходом вычитателя; неинвертирующий вход операционного усилителя подключен ко второму и первому контактам, соответственно, первого резистора и второго резистора; инвертирующий вход операционного усилителя подключен ко второму и первому контактам, соответственно, третьего резистора и четвертого резистора; первые контакты первого резистора и третьего резистора являются, соответственно, первым и вторым входами вычитателя; второй контакт второго резистора заземлен; второй контакт четвертого резистора подключен к выходу операционного усилителя.The subtractor contains four resistors and an operational amplifier: the output of the operational amplifier serves as the output of the subtractor; the non-inverting input of the operational amplifier is connected to the second and first contacts, respectively, of the first resistor and second resistor; the inverting input of the operational amplifier is connected to the second and first contacts, respectively, of the third resistor and fourth resistor; the first contacts of the first resistor and the third resistor are, respectively, the first and second inputs of the subtractor; the second contact of the second resistor is grounded; the second contact of the fourth resistor is connected to the output of the operational amplifier.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства формирования опорного напряжения с пониженным уровнем шумов.In FIG. 1 is a functional diagram of a device for generating a reference voltage with a reduced noise level.
На фиг. 2 представлена функциональная схема масштабирующего повторителя напряжения.In FIG. 2 is a functional diagram of a scaling voltage follower.
На фиг. 3 представлена функциональная схема делителя напряжения.In FIG. 3 shows a functional diagram of a voltage divider.
На фиг. 4 представлена функциональная схема повторителя напряжения.In FIG. 4 is a functional diagram of a voltage follower.
На фиг. 5 представлена функциональная схема вычитателя.In FIG. 5 is a functional diagram of a subtractor.
На фиг. 6 представлена модель устройства формирования опорного напряжения с пониженным уровнем шумов выполненная в программе Electronics Workbench Multisim 8 Simulation & Capture Version 8.2.12.In FIG. Figure 6 shows a model of a device for generating a voltage reference with reduced noise level made in the Electronics Workbench Multisim 8 Simulation & Capture Version 8.2.12 program.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Устройство формирования опорного напряжения с пониженным уровнем шумов, фиг.1, содержит стабилизатор 1, конденсатор 2, масштабирующий повторитель напряжения 3, делитель напряжения 4, повторитель напряжения 5, вычитатель 6, причем, выход стабилизатора 1 непосредственно соединен со вторым входом масштабирующего вычитателя 4, а через последовательно соединенные конденсатор 2, масштабирующий повторитель напряжения 3, делитель напряжения 4, повторитель напряжения 5, соединен с первым входом вычитателя 6, выход которого является выходом устройства.The device for generating a reference voltage with a reduced noise level, Fig. 1, contains a
Масштабирующий повторитель напряжения 3, фиг. 2, содержит три резистора 7÷9 и операционный усилитель 10, причем: неинвертирующий вход операционного усилителя 10, через резистор 7, соединен со входом масштабирующего повторителя напряжения 3; инвертирующий вход операционного усилителя 10 подключен ко второму и первому контактам, соответственно, резистора 8 и резистора 9; первый контакт резистора 8 заземлен; второй контакт резистора 9 подключен к выходу операционного усилителя 10, служащего выходом масштабирующего повторителя напряжения 3.The scaling
Делить напряжения 4, фиг. 3, содержит два резистора 11 и 12, причем: вход делителя напряжения 4 подключен к первому контакту резистора 11; второй контакт резистора 11 и первый контакт резистора 12, соединены с выходом делителя напряжения 4, второй контакт резистора 12 заземлен.
Повторитель напряжения 5, фиг. 4, содержит операционный усилитель 13, причем: неинвертирующий вход операционного усилителя 13 служит входом повторителя напряжения 5; выход операционного усилителя 13 служит выходом повторителя напряжения 5; инвертирующий вход операционного усилителя 13 соединен с выходом операционного усилителя 13.
Вычитатель 6, фиг. 5, содержит четыре резистора 14÷17 и операционный усилитель 18, причем: выход операционного усилителя 18 служит выходом вычитателя 6; неинвертирующий вход операционного усилителя 18 подключен ко второму и первому контактам, соответственно, резистора 14 и резистора 15; инвертирующий вход операционного усилителя 18 подключен ко второму и первому контактам, соответственно, резистора 16 и резистора 17; первые контакты резистора 14 и резистора 16 являются, соответственно, первым и вторым входами вычитателя 6; второй контакт резистора 15 заземлен; второй контакт резистора 17 подключен к выходу операционного усилителя 18.
Устройство формирования опорного напряжения с пониженным уровнем шумов работает следующим образом.A device for forming a voltage reference with a low noise level works as follows.
Анализ работы устройства проведем с опорой на модель, фиг. 6, выполненную в программе Electronics Workbench Multisim 8 Simulation & Capture Version 8.2.12. Отличительной особенностью модели является наличие: блока питания устройства (Blok_Pitania); сопротивления нагрузки устройства (резистор R10); электроизмерительных приборов (ХММ1, ХММ2, Amp1); осциллографа (XSC1).We will analyze the operation of the device based on the model, FIG. 6, performed in Electronics Workbench Multisim 8 Simulation & Capture Version 8.2.12. A distinctive feature of the model is the presence of: a power supply unit (Blok_Pitania); device load resistance (resistor R10); electrical measuring instruments (ХММ1, ХММ2, Amp1); Oscilloscope (XSC1).
Выходной сигнал стабилизатора 1, содержит шумовую составляющую Uш.ст(ω), выделяемую из выходного сигнала с помощью конденсатора 2 (С1) и поступающую на вход масштабирующего повторителя напряжения 3.The output signal of the
Масштабирующий повторитель напряжения 3 выполнен по схеме неинвертирующего усилителя характеризуемого параметрами:The
где Rвх.ОУ, KОУ - входное (дифференциальное) сопротивление и коэффициент усиления операционного усилителя (ОУ) 10;where R I.OU , K OU - input (differential) resistance and gain of the operational amplifier (OU) 10;
Rвх.МПН, KМПН - входное сопротивление и коэффициент усиления (передачи) масштабирующего повторителя напряжения 3;R input MPN , K MPN - input resistance and gain (transmission) of the
R17, R28, R39 - 1÷3 резисторы (элементы 7÷9) масштабирующего повторителя напряжения 3, с сопротивлением 50 кОм, фиг. 4.R1 7 , R2 8 , R3 9 - 1 ÷ 3 resistors (
Мгновенный уровень шума Uш.МПН(ω), на выходе масштабирующего повторителя напряжения 3, описывается выражением (6);The instant noise level U w. MPN (ω), at the output of the scaling
где Uш.ОУ.МПН(ω) - мгновенный уровень шума операционного усилителя 10 масштабирующего повторителя напряжения 3.where U W. OU.MPN (ω) is the instantaneous noise level of the
Согласно принятым значениям сопротивлений резисторов R28, R39, имеет место соотношение:According to the accepted values of the resistances of resistors R2 8 , R3 9 , there is a ratio:
Выделенная и преобразованная шумовая составляющая, с выхода масштабирующего повторителя напряжения 3, поступает на делитель напряжения 4 с коэффициентом деления:The selected and converted noise component, from the output of the scaling
где R411, R512 - 1 и 2 резисторы (элементы 11 и 12) делитель напряжения 4, с сопротивлением 500 Ом, фиг. 6, и далее на повторитель напряжения 5, выполняющего функции буферного каскада.where R4 11 , R5 12 - 1 and 2 resistors (elements 11 and 12)
Согласно принятым значениям сопротивлений резисторов R411, R512, имеет место соотношение:According to the accepted values of the resistances of the resistors R4 11 , R5 12 , there is a ratio:
Мгновенный уровень шума Uш.ПН(ω), на выходе повторителя напряжения 5, описывается выражением (10);The instant noise level U W. PN (ω), at the output of the
где Uш.ОУ.ПН - мгновенный уровень шума операционного усилителя 13 повторителя напряжения 5.where U W. OU.PN - the instantaneous noise level of the
Выходные сигналы повторителя напряжения 5 и стабилизатора 1 поступают на входы вычитателя 6, осуществляющего компенсацию (подавление) шумовой составляющей.The output signals of the
На элементы вычитателя 6 накладывается условие:The following condition is imposed on the elements of the subtractor 6:
где R614, R715, R816, R917 - 1÷4 резисторы (элементы 14÷17) вычитателя 6, фиг. 5, с сопротивлением 50 кОм, фиг. 6.where R6 14 , R7 15 , R8 16 , R9 17 - 1 ÷ 4 resistors (
Мгновенный уровень выходного напряжения шума устройства Uш (вычитателя 6), определяется выражением:The instantaneous noise output voltage level of the device U w (subtractor 6) is determined by the expression:
где Uш.ОУ.выч - мгновенный уровень шума операционного усилителя 18 вычитателя 6;where U sh.OU. habit - the instantaneous noise level of the
KПШ - коэффициента подавления шума устройства.K PN - noise reduction coefficient of the device.
В силу целесообразности использования одного и того же типа операционного усилителя в составе схем масштабирующего повторителя напряжения 3, повторителя напряжения 5 и вычитателя 6, а также с учетом выражений (7) и (9), выражение (12) примет вид:Due to the advisability of using the same type of operational amplifier as part of the scaling
где Uш.ОУ - мгновенный уровень шума операционного усилителя используемого в составе схем масштабирующего повторителя напряжения 3, повторителя напряжения 5 и вычитателя 6.where U W. OU - the instantaneous noise level of the operational amplifier used as part of the scaling
Степень подавления шумовой составляющей в выходном напряжении устройства, в значительной мере, определяется постоянной времени фильтра высоких частот устройства τФВЧ образованного конденсатором 2 и входным сопротивлением Rвх.МПН масштабирующего повторителя напряжения 3. При этом фазовый сдвиг шумовой составляющей стабилизатора 1, вносимый фильтром высоких частот устройства ϕШС(ω), определяется выражением (14)The degree of suppression of the noise component in the output voltage of the device is largely determined by the time constant of the high-pass filter of the device τ HPF formed by the
где Where
где С12 - емкость конденсатора С1, фиг. 6 (элемента 2, фиг. 1).where C1 2 is the capacitance of capacitor C1, FIG. 6 (
При этом на τФВЧ накладывается условие:In this case, on the HPF, the condition is imposed:
Учитывая значительное входное сопротивление операционного усилителя 10 используемого в схеме масштабирующего повторителя напряжения 3 (например, ИМС ОР07С, с параметрами Rвх.ОУ=8÷33 МОм, KОУ=100÷120 дБ (105÷106) (https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/73497/MAXIM/OP07CCSA.html), а также сопротивление резистора R17 (ограничивающее входной ток операционного усилителя 10), входное сопротивление масштабирующего повторителя напряжения 3-Rвх.МПН значительно превышает 1 ГОм (даже с учетом токов утечки). Что, в свою очередь, обеспечивает выполнение условий как (16), так и (17)Given the significant input impedance of the
И способствует лучшему подавлению шумовой составляющей (особенно в области инфранизких частот) в выходном сигнале предлагаемого устройства по сравнению с прототипом.And it contributes to better suppression of the noise component (especially in the field of infra-low frequencies) in the output signal of the proposed device in comparison with the prototype.
Поступление сигналов с выхода стабилизатора 1 на первый вход вычитателя 6 (неинвертирующий вход операционного усилителя 18) и с выхода повторителя напряжения 5 на второй вход вычитателя 6 (инвертирующий вход операционного усилителя 18) обеспечивает приведение полярности формируемого опорного напряжения к полярности выходного напряжения используемого стабилизатора.The receipt of signals from the output of the
Моделирование процесса формирования опорного напряжения с пониженным уровнем шумов (выполненное в программе Electronics Workbench Multisim 8 Simulation & Capture Version 8.2.12), с использованием в составе схем масштабирующего повторителя напряжения 3, повторителя напряжения 5 и вычитателя 6, ОУ ИМС ОР07С (Rвх.МПН ≈1 ГОм) и конденсатора 2 емкостью С12=0,1 мкФ (τФВЧ=100 с), ), а так же 0,01 мкФ (τФВЧ=10 с), показалоSimulation of the process of forming the reference voltage with a reduced noise level (performed in the Electronics Workbench Multisim 8 Simulation & Capture Version 8.2.12 program), using a
Исследования показали возможность понижения шума стабилизатора (в частности, ИМС МАХ872, ADR584 при использовании в качестве ОУ ИМС ОР07С, и конденсатора 2 с емкостью С12=0,1 мкФ, таблица 4.Studies have shown the possibility of reducing the noise of the stabilizer (in particular, IC MAX872, ADR584 when used as an op amp IC OP07С, and a
Как следует из анализа данных таблиц 1÷4, предлагаемое устройство обеспечивает наиболее значительное снижение уровня шумовой составляющей выходного сигнала в инфранизкочастотном диапазоне, при одновременном снижении требований к величине емкости конденсатора 2.As follows from the analysis of the data in tables 1 ÷ 4, the proposed device provides the most significant reduction in the level of the noise component of the output signal in the infra-low frequency range, while reducing the requirements for the capacitance of the
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018100699A RU2676755C1 (en) | 2018-01-10 | 2018-01-10 | Reference voltage with a reduced noise level generation device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018100699A RU2676755C1 (en) | 2018-01-10 | 2018-01-10 | Reference voltage with a reduced noise level generation device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2676755C1 true RU2676755C1 (en) | 2019-01-11 |
Family
ID=65024987
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018100699A RU2676755C1 (en) | 2018-01-10 | 2018-01-10 | Reference voltage with a reduced noise level generation device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2676755C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU421002A1 (en) * | 1972-07-20 | 1974-03-25 | В. В. Ланцов | SOURCE SUPPORT VOLTAGE |
US4795961A (en) * | 1987-06-10 | 1989-01-03 | Unitrode Corporation | Low-noise voltage reference |
RU2422874C1 (en) * | 2010-05-04 | 2011-06-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Device to generate reference voltage with reduced noise level |
RU2496132C1 (en) * | 2012-07-06 | 2013-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Shaping device of reference voltage with reduced noise level |
US9285820B2 (en) * | 2012-02-03 | 2016-03-15 | Analog Devices, Inc. | Ultra-low noise voltage reference circuit |
-
2018
- 2018-01-10 RU RU2018100699A patent/RU2676755C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU421002A1 (en) * | 1972-07-20 | 1974-03-25 | В. В. Ланцов | SOURCE SUPPORT VOLTAGE |
US4795961A (en) * | 1987-06-10 | 1989-01-03 | Unitrode Corporation | Low-noise voltage reference |
RU2422874C1 (en) * | 2010-05-04 | 2011-06-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Device to generate reference voltage with reduced noise level |
US9285820B2 (en) * | 2012-02-03 | 2016-03-15 | Analog Devices, Inc. | Ultra-low noise voltage reference circuit |
RU2496132C1 (en) * | 2012-07-06 | 2013-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Shaping device of reference voltage with reduced noise level |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10069480B2 (en) | Active filter device and circuit arrangement comprising an active filter device | |
Khan et al. | Novel RC sinusoidal oscillator using second-generation current conveyor | |
RU2422874C1 (en) | Device to generate reference voltage with reduced noise level | |
RU2672474C1 (en) | Device for forming reference voltage with a reduced noise level | |
RU2676755C1 (en) | Reference voltage with a reduced noise level generation device | |
RU2428736C1 (en) | Shaping device of bipolar reference voltage with reduced noise level | |
RU178694U1 (en) | Low noise reference voltage generating device | |
JP2014006794A (en) | Regulator | |
RU2671856C1 (en) | Device for forming reference voltage with a reduced noise level | |
RU2675796C1 (en) | Shaping device of bipolar reference voltage with reduced noise level | |
RU2669375C1 (en) | Shaping device of bipolar reference voltage with reduced noise level | |
Singh et al. | Switched-capacitor filter design for ECG application using 180nm CMOS technology | |
RU179294U1 (en) | Device for generating bipolar reference voltage with reduced noise level | |
RU2496132C1 (en) | Shaping device of reference voltage with reduced noise level | |
KR20130044576A (en) | Sound detect circuit and amplifier circuit thereof | |
RU2642338C1 (en) | Noninverting ac amplifier | |
RU2693924C1 (en) | Chaotic oscillation generator | |
Srinath et al. | A Capacitive sensor readout circuit with low power mode and variable gain operations | |
Sharma et al. | Current follower based current mode filters | |
KR20230118107A (en) | Amplification circuit and measuring device | |
Abuelma'atti et al. | New CFOA-based floating lossless negative immittance function emulators | |
JP3404538B2 (en) | Filter circuit for phase detection | |
CN107797595B (en) | Voltage stabilizing circuit with noise elimination function | |
RU2466493C1 (en) | Method to generate reference voltage | |
Martincorena‐Arraiza et al. | A family of AC amplifiers for ultra‐low frequency operation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200111 |