Регулятор температуры Советский патент 1984 года по МПК G05D23/19 

Изобретение опсосится к автоматике и может быть использовано для автоматического регулирования темпера,туры посредством термоэлектрических элементов, например, для стабилизации температуры элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). По основному авт.св. № 1056141 известен регулятор температуры lj « Недостатками известного регулято pa температуры являются наличие зоны нечувствительности к сигналам рассогласования, находящимся в диап зоне статических потенциалов базаэмиттер, первого и второго транзисторов регулятора, а также зависимость чувствительности регулятора от разброса коэффициентов передачи транзисторов, что снижает точность регулирования. Кроме того, регулятор имеет недо статочную надежность из-за отсутствия защиты от коротких замыканий в цепи нагрузки. Целью изобретения является повышение точности и надежности. Указанная цель достигается тем, что в регулятор температуры введены первый и второй операционные усилители, первый, второй и третий стабилитроны, второй и третий делители напряжения источника питания, делитель напряжения обратной связи, пер вый, второй, третий, четвертый и пя тый резисторы, причем первый вход первого операционного усилителя подключен к точке соединения датчика и задатчика температуры, второй вход - к вькоду второго делителя напряжения источника питания, а выход - к базе первого транзистора, первый вход второго операционного усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, подключен к выходу делителя напряжения обратной связи входы которого подключены соответственно к коллекторам девятого и десятого транзисторов, которые соединены с полюсами источника питания через перв.ый и второй резисторы, ко второму входу второго операционного усили теля подключен выход третьего делителя напряжения источника питания, а выход второго onepai HOHHoro усилителя, через встречно включенные первый и второй стабилитроны, параллель но которым включен третий.резистор, подключен ко второму входу первого операционного усилителя, четнертьш резистор, третий стабилитрон и пятый резистор соединены последовательно и включены между полюсами источника питания, причем электроды третьего стабилитрона подключены к датчику и задатчи у температуры соответственно. На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема регулятора температуры на фиг. 2 - зависимость тока термоэлектрической батареи от температуры для известного регулятора; на фиг. 3 - зависимость тока термоэлектрической батареи от температуры предлагаемого регулятора температуры. I Предлагаемый регулятор температуры содержит датчик 1 и задатчик 2 температуры операционньп усилитель 3, первый транзистор 4 (п-р-л типа) и второй транзистор 5 (р-п-р типа) базы которых соединены с вькодом операционного усилителя 3, а эмиттеры - с выходом первого делителя напряжения 6 источника питания, третий транзистор 7 (р.-п-р типа), база которого соединена с коллектором первого транзистора 4 и через резистор - с собственньм эмиттером и положительным полюсом источника питания, четвертый транзистор 8 (п-р-П типа), база которого соединена с коллектором второго транзистора 5 и через резистор - с собственным эмиттером и отрицательным полюсом источника питания (общим проводом), пятый транзистор 9 (р-п-р типа), база которого соединена через один резистор с коллектором четвертого транзистора 8, а через другой - с собственным эмиттером и положительным полюсом источника питания, первый диод 10, анод которого соединен с коллектором третьего транзистора 7, шестой транзистор 11 (п-р-Г) типа), база которого соединена через один резистор с коллектором третьего транзистора 7, а через другой - с собственным эмиттером и общим вьшодом источника питания, второй диод 12, катод которого соединен с коллектором четвертого транзистора 8, седьмой транзистор 13 (n-p-f) типа), база которого соединена с коллектором пятого транзистора 9 и через резистор с собственным эмиттером, а коллектор - с положительным полюсом источника пита31ния, восьмой транзистор 14 ( ти па), база которого соединена с копле тором шестого транзистора 11 и через резистор с собственным эмитт-ером, коллектор - с общим выводом источника питания, термоэлектрическая батарея 15, первьй вывод которой соединен с эмиттерами седьмого 13 и восьмого 14 транзисторов, девятый транзистор 16 (Л-р-п типа), база которого соединена с катодом первого диода 10 и через резистор - с собственным эмиттером, десятый транзистор 17 (р-п-р типа), база которого соединена с анодом второго диода 12 и через резистор с собственным эмиттером а эмиттер соединен с эмиттером девятого транзистора 16 и вторым вьшодом термоэлектрической батареи 15, первь резистор 18, первый вывод которого соединен с положительным полюсом источника питания, а второй вывод с коллектором девятого транзистора 16, второй резистор 19, первый вывод которого соединен с обисим выводом источника питания, а второй - с коллектором десятого транзистора 17, делитель 20 напряжения обратной связи, первый и второй выводы которого I соединены с коллекторами девятого 16 и десятого 17 транзисторов соответственно, второй операционный усилитель 21, первый вход которого соединен с выходом делителя 20 напря жения обратной связи, второй делитель 22 напряжения источника питания первый 23 и второй 24 стабилитроны, соединенные одноименными электродами (например, катодами), третий резн тор 25, параллельно которому включены одноименные выводы первого 23 и второго 24 стабилитронов (аноды), кроме того, третий резистор 25 соеди няет выход второго операционного усилителя 21 со вторым входом первого и выходом второго делителя 22 напряжения источника питания, третий делитель 26 напряжения источника питания, выход которого соединен со вторым входом второго операционного усилителя 21, охваченного отрицател1 ной обратной связью с выхода на один из входов, четвертый резистор 27, первый вывод которого соединен с положите л ьнь&1 полюсом источника питания, пятый резг1стор 28, первый вывод которого соединен с общим выводом источника питания, третий 04 стабилитрон 29, катод которого соединен с задатчиком температуры 2 и вторым вьгаодом четвертого резистора 27, а анол - с датчиком 1 температуры и вторым выводом пятого резистора 28. Регулятор температуры работает следующим образом. Когда окружающая температура выше заданного уровня, то сопротивление датчика 1 температуры меньще сопротивления задатчика температуры 2 и на первом входе первого операционного усилителя 3 потенциал уменьимтся относительно того, которы бгш при равных сопротивлениях датчика 1 и задатчика 2 температуры, и равен 1/2 Up , где и - напряжение между полюсагда источника питания. Появившееся смещение потенциала первого входа первого операционного усилителя 3 относительно 1/2 И можно считать отрицательным, так как потенциал уменьшился. Первый операционный усилитель 3, сравнивая входной сигнал с потенциалом выхода второго делителя напряжения источника питания и усиливая разницу их потендаалов, обеспечивает наличие на своем выходе потенциала, близкого к потенциалу положительного полюса источника питания, он открывает первый транзистор 4, третий транзистор 7 -и шестой транзистор 11. Эти открытые транзисторы обеспечивают открывание девятого 16 и восьмого 14 транзисторов. Указанные открытые транзисторы обеспечивают протекание тока через термоэлектрическую батарею 15 по цепи: положительный полюс источника питания - первый резистор 18 - девятый транзистор 16 - термоэлектрическая батарея 15 - восьмой транзистор 14 - отрицательный полюс источника питания. Протекание тока через термоэлектрическую батарею 15 обеспечивает необходимое охлаждение объекта регулирования до заданного уровня. В связи с наличием первого резистора 18 в цепи тока термоэлектрической батареи 15 на коллекторе девятого транзистора 16 будет потенциал на величину 1 К цниже, чем потенциал положительного полюса источника питания, где ХТБ ток термоэлектричес5кой батареи t5, R/ig - величина сопро тивления резистора 18, Потенциал коллектора десятого транзистора 17 сохранится равным потенциалу отрицательного полюса источника питания. Это означает, чт на выходе делителя напряжения обрат ной связи 20 и на первом входе второго операционного усилителя 21 потенциал уменьшится на величину 1/2 ITB R при неизменном потенциале второго входа, соединенного с выходом третьего делителя 26 напряжения источника питания. Сравнивая и усиливая эту разность потенциалов, второй операционный усилитель 21 со своего выхода через третий резис тор 25 обеспечивает поступление сиг нала отрицательной обратной связи на выход второго делителя 22 напряжения источника питания и на второй вход первого операционного усилителя 3. Наличие этой отрицательной обратной связи обеспечивает стабили зацию режимов работы элементов регу лятора температуры и нормированное ycилeниeJзаданное резистором 25. При возрастании тока термоэлектрической батареи 15 сверх величины ТБт максимального уровня тока, заданного заранее, увеличивается смещение потенциала коллектора девятого транзистора 16, увеличивается отрицательное смещение выход делителя напряжения обратной связи 20, увеличивается сигнал обратной связи на выходе второго операционно го усилителя 21 до пробоя первого стабилитрона 23, Вследствие такого состояния обес печивается передача сигнала обратно связи почти без ослабления на второ вход первого операционного усилител 3 и усиления регулятора температуры будет подавлено, так как сигнал от датчика 1 и задатчика 2 температуры не может бьггь больше сигнала обратной связи в силу его ограничения в ограничителе вьтолненном на резис торах 27 и 28 и стабилитроне 29, при этом ток термоэлектрической батареи 15 не будет возрастать сверх установленной-величины 1,. ... , Протекающий через термоэлектриче кую батарею ток обеспечивает необхо димое охлаждение объекта регулирова ния до установленного задатчиком 2 температурного уровня, т.е. до вы50равнивания сопротивлений датчика 1 и задатчика 2 температуры. При этом большему рассогласованию датчика 1 и задатчика 2 температуры соответствует больший ток термоэлектрической батареи, т.е. регулятором температуры обеспечивается линейная зависимость тока термоэлектрической батареи от входного сигнала (фиг.З). Го.ризонтальные участки зависимости означает, -что дальнейшее рассогласование температуры датчика 1 и задатчика 2 не вызывает роста тока термоэлектрической батареи. При снижении температуры сопротивление датчика 1 становится больше, чем задатчика 2 температуры, полярность рассогласования на- входах первого операционного усилителя 3 изменяется на противоположную, потенциал выходного сигнала первого операционного усилителя 3 становится близким к потенциалу отрицательного полюса источника питания, что приводит к открыванию второго 5, четвертого 8 и пятого 9 транзисторов. Это обеспечивает открывание седьмого 13 и десятого 17 транзисторов, что вызывает протекание тока по цепи: положительный полюс источника питания - седьмой транзистор 13 - термоэлектрическая батарея 15 - десятый транзистор 17 - второй резистор 19 отрицательный полюс источника питания. Протекающий через термоэлектрическую батарею ток создает падение напряжения на втором резисторе 19, чем обеспечивает увеличение потен- , циала коллектора транзистора 17 и выхода делителя 20 напряжения обратной связи на величину 1/2 R.a-I-,. 7 о где величина сопротивления резистора 19. Это приводит к изменению потенциала выходного сигнала второго операционного усилителя 21 при изменившемся потенциале выходного сигнала, т.е. отрицательная обратная связь обеспечивается и в данном случае. При достижении током термоэлектрической батареи 15 в режиме нагрева величины IT- увеличится падение ,п напряжения на втором резисторе 19, что обеспечивает возрастание выходного сигнала второго операционного усилителя 21 до пробоя второго стаилитрона 24 , Пробитый второй стабилитрон 24 обеспечивает передачу отрицательной обратной связи с минимальным ослабле нием, чем подавляет усиление регулятора температуры и не допускает дальнейшего возрастания тока термоэлектрической батареи 15, При уменьшении сопротивления термоэлектрической батареи 15 и даже коротком эамьгкании в ее цепи протекакиций в ней ток не сможет возрастат более чем до ITB так как увеление регулятора температурь; уменьшается до величины, значительно меньшей единицы и тем самым сигнал рассогласования будет подавлен в регуляторе температуры и выходные транзисторы не будут испорчены. Сохраняется при этом и источник питания, который мог быть испорчен режимом короткого замыкания в регуляторе температуры. Не оказывает влияния на сохранение выбранного уровня ограничения тока и возрастание напряжения источника питания, так как при этом не будет смещения ни напряжения пробоя стаби08литров, ни уровня ограничения сигнала рассогласования. Таким образом, предлагаемый регулятор осуществляет нагрев и охлаждение термоэлектрической батареи при питании его от одного источника, при этом обеспечивается линейная зависимость тока термозлектрииеск-ой батареи от сигнала рассогласования температуры с помошью отрицательной обратной связи по току со стабилизацией режимов работы полупроводниковых элементов, что повышает точность регулирования. Кроме того, регулятор температуры обеспечивает ограничение тока термоэлектрической батареи на заданном оптимальном значении и защиту от короткого замыкания в цепи термоэлектрической батареи, повышая надежность, что позволяет применять его в высоконадежных устройствах с ограниченными энергетическими параметрами.

РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ по авт.св. № 1056141, отличающийся тем, что, с целью повышения его точности и надежности, в него введены первый и второй операционные усилители, первый, второй и третий стабилитроны, второй и третий делители напряжения источника питания, делитель напряжения обратной связи, первьй, второй, третий, четвертый и пятый резисторы, причем первый вход первого операционного усилителя подключен к точке соединения датчика и эадатчика температуры, второй вход - к выходу второго делителя напряжения источника питания, а выход - к базе первого транзистора, первый вход второго операционного усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, подключен к выходу делителя напряжения обратной связи, входы которого подключены соответственно к коллекторам девятого и десятого транзисторов, которые соединены с полюсами источника питания через первый и второй резисторы, ко второму входу второго операционного усилителя подключен выход третьего делителя напряжения источника питания, а выход второго операционного усилитешя через встречно включенные первый и второй стабилитроны, параллельно которым включен третий резистор, подключен ко второму входу первого операционного усилителя, четвертьй резистор, третий стабилитрон и пятый резистор соединены последовательно и включены между полюсами источника питания, причем электроды третьего стабилитрона подключены к датчику и дадатчику SD feMnepaTypH соответственно. :о СП о

26 22 20 26 22 20 wfn

Фиг. 7 уо

УГУ,

%,