Управляемый стабилизатор тока Советский патент 1985 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в контрольно-измерительном и испытательном оборудовании в качестве режимных источников при испытаниях полупроводниковых приборов. , Известё стабилизатор постоянного тока, содержащий регулирующий элемент, источник питания, датчик тока источник опорного напряжения, усилитель обратной и инвертирующий повторитель 13. Недостатком данного стабилизатора постоянного тока является низкая точность задания малых токов нагрузки, обусловленная влиянием входного сопротивления инвертирующего повторителя При работе стабилизатора постоянного тока в режиме задания ма лых токов (менее 1 мкА)-возникает проблема уменьшения паразитных наводок на проводах соединяющих выход устройства с нагрузкой, особенно, когда длина соединительных проводов превышает 3м. Решение этой проблемы известным путем заключается в применение соединительного кабеля, экранирующая оплетка которого заземляется. Однако такое подключение ухудшает частотные свойства устройства, т.е. уменьшает его быстродействие . Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является управляемьй стабилизатор тока,содержащий суммиру щий усилитель,первый вход которого соединен с входным выводом для подключения источника сигнала, второй вход - с выходом инвертирующего усил теля-повторителя, а выход - с входом датчика тока, соединенного своим выходом через повторитель напряжени с входом инвертирующего усилителя-по вторителя и через экранированный ка бель с выходным выводом для подключе ния нагрузки, причем оплетка экранированного кабеля (экран) соединена с выходом повторителя напряжения. Известное устройство имеет лучшие результаты в отнощении точности зада ния токов нагрузки за счет подключения инвертирующего усилителя-повторителя : нагрузке не непосредственно,а через по торитель напряжения с высоким входным сопротивлением. Подключение экрана кабеля к выходу повторителя напряжения, вход которого соединен с нагрузкой, позволяет уменьшить время нарастания выходного напряжения на нагрузке засчет того, что повторитель напряжения имеет сравнительно небольшое внутреннее сопротивление (порядка нескольких ом), и экран достаточно быстро заряжается большим током до напряжения, равного напряжению на нагрузке. Кроме того, поскольку экран и центральная жила кабеля находятся под одним потенциалом, практически отсутствуют токи утечки через внутреннее сопротивление кабеля, что также способствует увеличению точности задания малых токов в нагрузкуС2.3. Недостатком известного устройства является наличие выбросов напряжения на нагрузке, обусловленных большим током заряда экранируницей оплетки соединительного кабеля. Амплитуда выбросов достигает величины 0,1-0,5 В, что не позволяет использовать известный источник в высокоточньпс измерительных установках, где амплитуда выбросов относительно величины напряжения на нагрузке не должна превьш1ать 5%. При величине напряжения на нагрузке Uu 2В величина выбросов (0,1-0,5 В) составляет 5-25%, что недопустимо при контроле полупроводниковых приборов, так как приводит к нарушению режима контроля (задания условий) и следовательно, снижению достоверности контроля (годные приборы бракуются). Цель изобретения - повышение качества регулирования путем уменьшения выбросов выходного напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в управляемьй стабилизатор тока, содержащий суммирующий усилитель, первый вход которого соединен с входным выводом для подключения источника сигнала, второй вход с выходом инвертирующего усилителяповторителя, а выход - с входом датчика тока, соединенного своим выходом через повторитель напряжения с входом инвертирующего усилителя-повторителя и через экранированный кабель с выходным выводом для подключения нагрузки, введен нелинейный токозадающий элемент, включенный между выходом повторителя напряжения и экраном кабеля. На чертеже представлена электрическая схема управляемого стабилизатора тока. Стабилизатор содержит, суммирующий усилитель 1, инвертирующий усилитель повторитель 2, датчик 3 тока, повторитель 4 напряжения, нелинейный токо задающий элемент 5, экран 6, входной 7 и выходной 8 выводы. Суммирующий вход усилителя 1 чере входные резисторы соединен с выходом инвертирующего усилителя-повторителя и входным выводом 7. Выход суммирующего усилителя 1 соединен с входом датчика 3 тока, выход которого через повторитель 4 напряжения соединен с входом инвертирующего усилителя-повт теля 2 (с его входным резистором) и через экранированньй соединительный кабель с выходным выводом 8 для подключения нагрузки. Экран 6 соедин тельного кабеля через нелинейньй токозадаюций элемент 5 соединен с вы ходом повторителя 4 напряжения и входом инвертирующего усилителя-повт рителя 2. Суммируюпщй усилитель 1 служит, для сложения сигналов, поступающих на его вход от источника сигнала через входной вывод 7 и с выхода инвертирующего усилителя-повторителя 2. Усилитель 1 выполнен на базе операционного усилителя с входными резисторами и резистором обратной связи, в качестве которых использованы прецизионные резисторы. Сопротивления указанных резисторов равны между собой. Инвертирующий усилитель-повторитель 2 также выполнен на операционном усилителе, а входящие в его состав резисторы - входной и обратной связи - представляют собой преци зионные резисторы типа с одинаковой величиной сопротивлений, в результате чего коэффициент передачи инвер тиру мцего усилителя-повторителя равен -1. 3 тока представляет собой набор прецизионных резисторов, комму тируемых с помощью герметичных контактов реле. Величины сопротивлений резисторов датчика 3 тока определяют токи нагрузки. Количество резисторов определяется требуемым диапазоном то ка нагрузки. Повторитель 4 напряжения служит для развязки входа инвертирующего усилителя-повторителя с нагрузкой и вьтолнен на базе операционного усили теля с высоким входным сопротивление Нелинейный токозадающий элемент 5 предназначен для управления величиной тока заряда экранирующей сплетки соединительного кабеля. Элемент 5 выполнен на диодах и резисторах (не показаны) . Закон изменения внутреннего сопротивления токозадающего элемента 5 выбирается в зависимости от величины напряжения на нагрузке исходя из требований допустимой длительности фронта и амплитуды выброса напряжения на нагрузке на различных его уровнях. Это обусловлено тем, что длительность фронта напряжения на нагрузке прямо пропорциональна величине напряжения на нагрузке, поэтому для малых напряжений (,5 В) дпительность фронта будет небольшой (порядка 0,02-2,5 мс) даже при малых токах заряда экрана кабеля (0,11О мкА). При этом выбросы напряжения на нагрузке отсутствуют (эквивалентно режиму заземленного экрана). Для больших напряжений на нагрузке ток заряда экрана кабеля с целью повышения быстродействия можно увеличить. При этом длительность фронта выходного напряжения уменьшаетс9, а амплитуда выбросов по отношению к самой величине выходного напряжения не будет превышать установленной нормы. Таким образом, закон изменения величины сопротивления нелинейного токозадающего элемента должен быть обратно пропорционален величине выходного напряжения. Устройство работает следующим образом. На входной вывод 7 от внешнего устройства поступает напряжение +Ug,f , которое через соответствующий входной резистор поступает в сумм й укнцую точку усилителя 1. Навыходе сумми|рующего усилителя 1 устанавливается Iнапряжение, которое посредством датчика 3 тока обеспечивает ток в нагрузку. Напряжение на нагрузке () через повторитель 4 напряжения по- , ступает на вход инвертирукнцего уси- лителя-повторителя 2 (на его входной резистор). Поскольку коэффициент передачи повторителя 2 выбирается равными -1, то на его выходе поя- вится нагфяжение +Uj,j(. , которое через соответствующий входной резистор также поступает в суммирующую точку усилителя 1. Так как сопроSтивления резисторов (входного и обра ной связи), входящих в состав суммирующего усилителя 1, выбираются равн ми по величине, то величина тока нагрузки -определяется отношением входного напряжения к величине сопротивления резистора датчика 3 тока. Выходное напряжение Ug|,,x через повт ритель 4 напряжения, поступает на дио ды нелинейного токозадающего элемента 5. Если выходное напряжение }g, не превьшает напряжения отсечки диодов, экран 6 соединительного кабеля фактически отключен от повторителя 4 напряжения. При этом ток заряда экрана 6 соединительного кабеля 131 равен нулю и не создает выбросов напряжения на нагрузке. Если вьпсодное напряжение превышает напряжение отсечки диодов, экран 6 кабеля заряжается большим током через малое сопротивление диодов, в результате чего резко уменьшается время нарастания выходного напряжения на нагрузке. Таким образом, управляемый стабилизатор тока обеспечивает ток нагрузки с малым временем нарастания выходного напряжения и малыми (допустимыми) выбросами выходного напряжения практичести во всем диапазоне возможных напряжений на нагрузке.

УПРАВЛЯЕМЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ТОКА, содержащий суммирующий усилитель, первый вход которого соединен с входным выводом для подключения источника сигнала, второй вход - с выходом инвертирующего усилителя-повторителя, а выход - с входом датчика тока, соединенного своим выходом через повторитель напряжения с входом инвертирующего усилителя-повторителя и через экранированньй кабель с выходным выводом для подключения нагрузки, о тличающийся тем, что с це- ; лью повышения качества регулирования за счет уменьшения выбросов выходного напряжения, он снабжен между выходом повторителя напряжения и экраном кабеля.