Стабилизированный источник тока с изменяющейся полярностью Советский патент 1984 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах автоматики и вычислительной техники. Известен cтaбилизиpoвaEiный источник тока с изменяющейся полярностью содержащий два регулирующих элемента положительной и отрицательной полярности, управляющий электрод каждо го из которых через свой выходной ключ соединен с выходом усилителя сигнала ошибки с двумя входами, неточник опорного напряжения с двумя разнополярными выходами, два измерительных резиотора и две пары выводов для подключения двух разнополярных источников питающего напряжения с общей точкой 1. Недостатком данного устройства является большая погрешность абсолю ного значения выходного тока, определяемая элементами схемы измерителя ошибки, i Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является ста билизированный источник тока с изменяющейся полярностью, содержащий два регулируемых элемента положительной и отрицательной полярности,,упрайляга щий электрод каждого из которых через свой выходной ключ соединен с выходами усилителя .сигнала ошибки с двумя входами, источник опорного напряжения с-двумя разнополярными выходами, два измерительных резистора и две пары выводов для подключения двух- разнополярных источников напряжения с общей точкой, две группы клю чей, каждая из которых состоит из трех ключей, при этом инвертирующий вход усилителя сигнала ошибки через первый ключ первой группы соединен с входным силовым выводом регулирующего элемента положительной полярнос ти и первым выводом первого измерительного резистора, а через первый ключ второй группы с входным силовым выводом регулирующего элемента отрицательной полярности и первым выводом второго измерительного резистора инвертирующий вход усилителя сигнал ошибок через второй ключ первой гру пы соединен с отрицательным выводом источника опорного напряжения и вто рым выводом второго измерительного резистора, а через второй ключ второй группы с положительн1ам выходом источника опорного напряжения и вторым выводом первого измерительного резистора, положительный выход источника опорного напряжения через третий ключ первой группы соединен с вьюодом для подключения источника питания положительной полярности, а отрицательный выход источника опор ного напряжения через третий ключ второй группы соединен с выводом дл подключения источника питающего напряшения отрицательной полярности, управляющее входы ключей первой группы соединены с управляющим входом выходного ключа положительной полярности, а управляющие вхо;ил ключей второй группы соединены с управляющиг-да входами выходного ключа отрицательной полярности 2, Недостатком известного устройства является то, что элементы источника опорного напряжения имеют фиксированные значения, т.е. для получения разных значений выходного тока в положительной и отрицательной областях необходимо изменять номиналы элементов источника опорного напряжения, что исключает возможность оперативного изменения значений выходного тока в широком диапазоне и организацию процесса автоматического управления источником стабилизированного тока. Цель изобретения - расширение диапазона управления и автоматизация процесса управления стабилизированным источником тока с изменяющейся полярностью. Поставленная цель достигается тем, что в стабилизированный источник тока с изменяющейся полярностью, содержащий два регулирующих элемента положительной и отрицательной полярности , управляющие электроды которых через свои выходные ключи соединены с выходом усилителя сигнала ошибки, два измерительных резистора, две пары выводов для подключения двух разнополярных источников питающего напряжения с общей точкой, две группы ключей, каждая из которых состоит из двух ключей, источник опорного напряжения, при этом инвертирующий вход усилителя сигнала сяяибки через первый ключ первой группы соединен с входным силовым выводом регулирующего элемента положительной полярности и первым выводом первого измерительного резистора, а через первый ключ второй группы с входным силовым выводом регулирующего элемента отрицательной полярности и первым выводом второго измерительного резистора, второй вывод первого измерительного резистора через второй ключ первой группы соединен с выходом источника питания положительной полярности, а второй вывод второго измерительного резистора через второй ключ второй группы - с выходом источника питания отрицательной полярности,введены инвертор и цифроаналоговый преобразователь, при этом ней вертирующий вход усилителя сигнала ошибки подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, управляющий вход цифроаналогового преобразователя соединен с входом инвертора и с управляющим входом выходного ключа по ложительной полярности, выход инвер тора соединен с управЛяющим входом выходного ключа отрицательной поляр ности, управляющие входы ключей пер вой группысоединены с управляющим входом выходного ключа положительно полярности, а управляющие входы клю чей второй группы соединены с управ ляющим входом выходного ключа отрицательной полярности, вход источник опорного напряжения подключен к выходу источника питания положительно полярности,.выход источника опорног напряжения соединен сг задающим входом гЦифроаналогового преобразовател На фиг. 1 представлена функциональная схема стабилизированного ис точника тока с изменяющейся полярностью; на фиг. 2 - вариант цифроаналогового преобразователя; на фиг. 3 - вариант источника опорного напряжения. Стабилизированный источник тока с изменяющейся полярностью (фиг. 1) содержит источники 1 и 2 питающего напряжения положительной и отрицательной полярности; источник 3 опор ного напряжения, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 4, две группы ключей: первые ключи 5 и 6 первой и второй групп,fвторые ключи 7 и 8 первой и второй групп, инвертор 9, первый и второй измерительные резис торы 10 и 11, усилитель 12 сигнала схйибки, регулирующие элементы 13 и 14. положительной и отрицательной полярности, cooтвeтcтвsaoщиe им выходные ключи-15 и 16, нагрузку 17 и Й- цифровых входов 18.1-18.п. Цифроаналоговый преобразователь (фиг. 2) содержит п цифровых входов 18.1-18.П, резистивную матрицу 19, резистор 20 обратной связи, преобра зователь 21, усилитель 22, первый, второй, третий резисторы 23-25, п управляемых ключей 26.1-26.п. Источник опорного напряжения (фиг. 3) содержит резистор 27, стабилитрон 28, усилитель 29, переменный резистор 30 .и резистор 31. Стабилизированный источник тока с изменяющейся полярностью работае следующим образом. Управление стабилизированным источником тока с изменяющейся полярностью осуществляется подачей на цифровые входы 18.1-18.п п комбинаций логических уровней, так как циф роаналоговый преобразователь 4 собран по четырехквадратной схеме при подаче на его задакядий вход отрицательного опорного напряжения (фиг. 2) то наличие на входе 18.1 высокого логического уровня задает отработку выходного сигнала цифроаналогового преобразователя 4 в положительной области, а наличие на входе 13.1 низкого логического уровня задает отработку выходного сигнала IJ вых. цап в отрицательной области При этом диапазон изменения выходных сигналов 1 U вык цап задается абсолютной величиной опорного напряжения (Uonl источника 3 опорного напряжения, а величины выходных сигналовШцу д задаются комбинацией логических уровней на цифровых входах 1У.2-18.П цифроаналогового преобразователя 4 с дискретностью D..M где п - разрядность цифроаналогового преобразователя 4. Таким образом, при подаче на вход 18.1 источника тока высокого логического уровня, а на остальные входы 18.2-18.п определенной комбинации логических уровней на выходе цифроаналогового преобразователя 4 появляется напряжение tUe, цд,, , одновременно с.этим ключи 5, 7 и 15 открываются высоким логическим уровнем, а ключт- 6, 8 и 16 закрываются низким логическим уровнем, поступающим с выхода инвертора 9, что приводит к включению регулирующего элемента 13 и выключению регулирующего элемента 14, т.е. источник 1 питающего напряжения- положительной полярности, усилитель 12 сигнала ошибки, регулирующий элемент 13, источник 3 опорного Напряжения цифроаналоговый преобразователь 4,первый измерительный резис:тор 10, нагрузка 17 образует регулятор тока положительной полярнос и, при этом через нагрузку 17 протекает ток от источника 1 питающего напряжения положительной полярности, через ключ 7, первый измерительный резистор 10 и регулирующий элемент 13. Если усилитель 12 сигнала ошибки будет иметь сигнал рассогласования на своем выходе, приблизительно равный нулю, что легко обеспечивается при выборе усилителя с высоким коэффициентом усиления и малыми смещениями по току и напряжению, То с высокой точностью величина тока нагрузки будет определяться из равенства ц - .цап il -п где - сопротивление измерительного резистора 10. При подаче на вход 18.1 источника тока низкого логического уровня,при той же комбинации логических уровней на входах 18.2-18.п, на выходе цифроаналогового преобразователя 4 появляется отрицательное напряжение . цап I одновременно с этим ключи 5, 7 и 15 закрываются низким логическим уровнем, а. ключи 6, 8 и 16 открываются высоким логическим уровнем. поступающим с выхода инвертора 9. При этом регулирующий элемент 13 выключается, а рюгулирующий элемент 14 включается, т.е. источник 2 питающего напряжения отрицательной поляр мости, усилитель 12 сигнала ошибки, регулирующий элемент 14, источник 3 опорного напряжения, цифроаналоговый преобразователь 4, второй измери тельный резистор 11, нагрузка 17 образуют регулятор тока отрицательной полярности, при этом через нагрузку 17 протекает ток источника 2 питающе го напряжения отрицательной полярнос ти через ключ 8, второй измерительный резистор 11 и регулирующий элемент 14. Величина тока нагрузки при этом определяется по формуле ч .иаД где R - сопротивление измерительного резистора 11. Из приведенных равенств для токов нагрузки отрицательной и положительной полярности-, видно, что величины токов стабилизации пропорциональны абсолютной величине напряженияНды цч цифроаналогового преобразователя 4. ч, 1ивых.цо1п| 3 , где , так как для исключения погрешности ассиметрии измерительны резисторы 10 и 11 выполняются одног номинала с высокой точностью. Из этогоСледует, 4to, изменяя величину U вых Uqn в пределах от-0вп до U Of, с помощью цифровых кодов, подаваемых на входы 18Л-18.П исто ника тока с диcкpeтнocтью D, , мохсно получить множество значений то ков нагрузки как в положительной, та и в отрицательной областях, которое ограничено только разрядностью цифроаналогового преобразователя 4. Наличие цифрового входа управления источником тока позволяет автоматизировать процесс управления, задавая комбинации логических уровней от автоматических цифровых устройств. Четырехквадратный цифтзоаналоговый. (фиг. 2) преобразователь работает следующим образом. На цифровые входы 18Л-18.П, соединенные с управляющими входами аналоговых ключей 26.126,п, подаются комбинации логических уровней, при этом высокий логический уровень открывает аналоговый ключ, а низкий логический уровень держит его в закрытом состоянии. Выходы аналоговых ключей 26.1-26.п соединены с резистивной матрицей 19 типа R-2R, с выхода которой аналоговый уровень, пропорциональный значению подаваемой на входы 18.1-18.п кодовой комбинации и уровню опорного напряжения и ор I, поступает через резистор 20 обратной связи на вход преобразователя 21 и далее через усилитель 22 на выход цифроаналогового преобразователя. Источник опорного напряжения (фиг. 3) работает следующим образом. Стабилизированное напряжение стабилитроном 28 поступает на инвертирующий вход усилителя 29, который выполняет роль буферного каскада, устраняющего влияние нагрузки на напряжение стабилитрона 28. С выхода усилителя 29 инвертированный уровень напряжения подается на делитель напряжения на резисторах 30 и 31. Резистор 10 служит для изменения уровня опорного, напряжения в требуемых пределах. Таким образом, введение в стаби - лизированный источник тока с изменяющейся полярностью цифроаналогового преобразователя и инвертора позволяет оперативно и в широких пределах с помощью цифровых кодов изменять значения величины тока нагрузки, а также его полярность, при этом появляется возможность автоматизации процесса управления, применяя для этого, например, ЭВМ или микропроцессор, что выгодно отличает предлагаемый управляе иый источник стабилизированного тока от известных.

70

fj

ff

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ТОКА С ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ ПОЛЯРИОСТЬЮ,вКЛЮчакиций два регулирующих элемента положительной и отрицательной полярности, управляющие электроды которых через свои выходные ключи соединены с выходом усилителя, сигнала оишбки, два измерительных резистора, две пары выводов для подключения двух разнополярных источников питающего напряжения с общей точкой, две группы ключей, каждая из которых состоит из двух ключей, источник опорного напряжения, при этом инвертирующий вход усилителя сигнала оишбки через первый ключ первой группы соединен с входным силовым выводом регулирующего элемента положительной полярности и первым выводом первого измерительного резистора, а через первый ключ второй группы с входным силовым выводом регулирующего элемента отрицательной полярности иПервым выводом второго измерительного рёзистора, второй вывод первого измерительного резистора через второй ключ первой группы соединен с выходом источника питания положительной полярности, а второй вывод второго измерительного резистора через второй ключ второй группы соединен с выходом источника питания отрицательной полярности, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона управления и автоматизации процесса управления стабилизированным источником тока с изменяющейся полярностью, в него введены инвертор и цифроаналоговый преобразователь, при этом неинвертирующий вход усилителя сигнала д ошибки подключен к выходу цифроанало-в гового преобразователя, управляющий вход цифроаналогового преобразователя соединен с входом инвертора и с управляющим входом выходного ключа положительной полярности, выход -инвертора соединен с управляющим входом выходного ключа отрицательной полярности, управляющие входы ключей первой группы соединены с управляющим входом выходного ключа положительной 05 полярности, а управляющие входы СЛ ЭО ключей второй группы соединены с управляющим входом выходного ключа отрицательной полярности, вход ис4:ib точника опорного напряжения подключения к выходу источника питания поW ложительной полярности, выход источника опорного напряжения соединен с задающим входом цифроаналогового преобразователя.

h

rai

4

7

12

76

Фиг.

Фиг. 2