Стабилизированный источник тока с изменяющейся полярностью Советский патент 1985 года по МПК G05F1/56 

1 Изобретение относится к электро технике, может быть использовано в устройствах автоматики и вычислител ной техники для дистанционного фор мирования стабилизированных значен тока или напряжения изменяющейся п лярности и является усовершенствов нием известного устройства по осно ному авт.св. № 1065843. Цель изобретения - расширение о ласти применения -источника путем использования его в качестве источ ника стабилизированного напряжения с изменяющейся полярностью и повыш ние точности формирования выходног сигнала путем снижения относительн погрешности при формировании низкоуровневых сигналов в результате программируемого уменьшения дискретности напряжения, подаваемого на неинвертирующий вход усилителя сигнала ошибки. На фиг. 1 представлена функциональная схема стабилизированного источника тока с изменяющейся поляр ностью; на фиг. 2- вариант схемы цифроаналогового преобразователя, собранного по четырехквадратной схеме-, на фиг. 3 - вариант схемы управляющего цифроаналогового преобразователя; на фиг. 4 - вариант схемы источника опорного напряжения Стабилизированный источник тока ( фиг. 1 ) содержит источники 1 и 2 питающего напряжения положительной и отрицательной полярности, источник 3 опорного напряжения, цифроаналоговый преобразователь 4 с п цифровыми входами, две группы ключей: первые ключи 5 и 6 соответственно первой и второй групп, вторые ключи 7 и 8 соответственно, пер вой и второй групп, инвертор 9, первый и второй измерительные резис торы IО и 11, усилитель 12 сигнала ошибки, регулирующие элементы 13 и .14 положительной и отрицательной полярности, соответствующие им выходные ключи 15 и 16 первой и второй групп, нагрузку 17, двухпозиционньш переключатель 18, управляющий цифроаналоговьй преобразовател 19, п цифровых входов 20. 1 ,... ,20.11 щ цифровых входов 21.1,...,21.т. Вход оперативного изменения функционального назначения устройства обо значен позицией 22. 142 Вариант цифроаналогового прео&разователя 4 собран по четырехквадратной схеме и содержит (фиг. 2) п цифровых входов 20.1,...,20.п, резистивную матрицу 23 типа R-2R, резистор 24 обратной связи, преобразователь 25, усилитель 26, первый, второй и третий.: резисторы 27, 28 и 29,, п управляемых ключей 30.1 30.п. Вариант управляющего цифроаналогового преобразователя 19 (фиг. 3) содержит m цифровых входов 21.1,..., 21.га, преобразователь код-ток 31, преобразователь ток-напряжение 32. Вариант источника 3 опорного напряжения содержит (фиг. 4) стабилитрон 33, четвертый резистор 34, операционньп усилитель 35, пятый и шестой резисторы 36 и 37. Дистанционное формирование стабилизированных значений тока или напряжения изменяющейся полярности предлагаемым устройством осуществляется сменой кодовых комбинаций на цифровых входах 20.I,...,20.п, 21.1,...,21.т, 22 следующим образом (фиг. 1). Стабилизация тока или напряжеНИН задается низким или высоким логическими уровнями на входе 22 оперативного изменения функционального назначения. При стабилизации тока установкой низкого логического уровня на входе 22 оперативного изменения функционального назначения инвертирующий вход усилителя 12 сигнала ошибки через второй вывод ключа 18 первый ключ 5 первой группы соединяется с входным силовым выводом регулирзпощего элемента 13 положитель-. ной полярности и первым выводом первого измерительного резистора 10 при стабилизации тока в положительной области или через ключ 18, первьй ключ 6 второй группы соединяется с входным силовым выводом регулирующего элемента 14 отрицательной полярности и первым выводом второго измерительного резистора I 1 при ста-билизации тока в отрицательной об-, ласти. При стабилизации напряжения установкой высокого логического уровня на входе 22 оперативного изменения функционального назначения инвертирующий вход усилителя 12 сиг3нала ошибки через первый вывод ключа 18 соединяется с выходными силовыми выводами регулирующих элемен тов 13 и 14 положительной и отрицательной полярности, Области формирования выходного сигнала устройства задаются установ кой на входе 20.1 высокого или низкого логического уровня соответственно при формировании сигналов в положительной или отрицательной областях, что следует из свойств цифроаналогового преобразователя 4, собранного по четырехквадратной схеме и при отрицательном напряжени и , поданном на его информационный вход (фиг, 2), Диапазон изменения выходного сиг нала устройства задается абсолютной величиной опорного напряжения (Ugj,) источника 3 опорного напряжени а абсолютные значения выходных сигналов устройства определяются кодовыми комбинациями, подаваемыми на ц ровые входы 20.2,.,,,20.п и 21,1,,. 21 ,171, при этом напряжение Ц , посту пающее на информационный вход цифро аналогового преобразователя 4, опре деляется по формуле и -14 1 46 а напряжение U2, поступающее инвертирующий вход усилителя

сигнала ошибки, определяется формуле

,П-1

U,-(

-1)и,,

где Ид-- вес задействованных двоичных разрядов.

Дискретность изменения уровня напряжения на выходе цифроаналогового преобразователя 4

,;/2 - Таким образом, при подаче на вход 22 оперативного изменения функционального назначения низкого логического уровня, на вход 20,1 высокого логического уровня, а на остальные входы 20,2,...,20,h и 21,1,,..,21,т- кодовой комбинации соответствующей необходимому значению тока, на выходе цифроаналогового преобразователя 4 появится напряжение Uj. , одновременно с этим ключи 5,. 7 и 15 открываются высоким логическим уровнем, а ключи 6, 8 и 16 закрываются низким лoгичecки

,/R

10

10сопротивление измерительгденого резистора 10, При подаче на вход 20.1 низкого логического уровня при той же комбинации логических уровней на входах 20,2,,..,20,п и 21,1,...,21,т на выходе цифроаналогового преобразователя 4 появится отрицательное напряжение -и, одновременно с этим ключи 5, 7 и 15 закрьшаются низким логическим уровнем, а ключи 6, 8 и 16 открываются высоким логическим уровнем, поступающим с выхода инвертора 9, при этом регулирующий элемент 13 выключается, регулирующий элемент 14 включается, а инвертирующий вход усилителя 12 сигнала ошибки через ключи 18 и 6 соединяются с входным силовым выводом регулирующего элемента 14 отрицательной полярности,т.г источник 2 питающего напряжения отрицательной полярности, усилитель 12 сигнала ошиб14уровнем, поступаюпщм с выхода инвертора 9, что приводит к включению регулирующего элемента 13 и выключению регулирующего элемента 14, инвертирующий вход усилителя 12 сигнала ошибки через ключи 18 и 5 соединен с входным силовым вьтодом регулирующего элемента 13 положительной полярности, т,е. источник 1 питающего напряжения полржитеуьной полярности, усилитель 12 сигнала ошибки, регулирующий элемент 13, источник 3 опорного напряжения, управляющий цифроаналоговьШ преобразователь 19, цифроаналоговый преобразователь 4, первый измерительный резистор 10, нагрузка 17 образуют регулятор тока положительной полярности, 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 равным нулю, что легко обеспечивается при выборе усилителя с высоким коэффициентом усиления и малы-, ми смещениями по току и напряжению, то с высокой точностью величина тока нагрузки определяется из равенстваки, регулирующий элемент 14, источник 3 опорного напряжения, управляющий цифроаналотовый преобразователь 4, второй измерительный резистор 11, нагрузка 17 образуют регулятор тока отрицательной полярности при этом через нагрузку 17 протекает ток источника 2 питающего напряжения отрицательной полярности через ключ 8, второй измерительньй резистор 11 и регулирующий элемент 14. Величина тока нагрузки при этом определяется по формуле где R - сопротивление измерительно го резистора 11. Из приведенных равенств для токов нагрузки отрицательной и положительной полярности видно, что величины стабилизированных токов пропорциональны абсолютной величине . напряжения (U) цифроаналогового преобразователя 4 ,(/R, где R, так как для исключения погрешности ассиметрии измерительные резисторы 10 и 11 вьшолняются одного номинала с высокой точностью Из этого следует, что, изменяя величину U2 в пределах от -U до (,n комбинациями цифровых кодов, подаваемых на входы 20. 2,.. . у-20,п и 2I.1,...,21.га с дискретностью /2 ., можно получить множество значений токов нагрузки как в положительной, так и отрицательной областях которое ограничено только разрядностями управляющего цифроаналогового преобразователя 19 и цифроаналогового преобразователя 4 При подаче на вход 22 оперативного изменения функционального назначения и на вход 20.1 высокого входы 20.220.м и 21 .1 ,. . ., 21 .гп кодовой комбинации, соответствующей необходимому значению напряжения, на выходе цифроаналогового преобразователя 4 появится напряжение +U,, одновременно с этим ключи 7 и 15 открываются высоким логическим уровнем, ключи 8 и 16 закрьтваются низким логическим уровнем, поступающим с выхода инвертора 9, что приводит к включению регулирующего элемента 13 и выключени регулирующего элемента 14, инвертирующий вход усилителя 12 сигнала ошибки через второй вывод ключа 1В соединится с входными силовыми выводами регулируюпщх элементов 13 и 14 положительной и отрицательной полярности, т.е. источник 1 питающего напряжения положительнрй полярности, усилитель 12 сигнала ошибки, регулирующий элемент 13, источник 3 опорного напряжения, управляющий цифроаналоговьй преобразователь 19, цифроаналоговый преобразователь 4, нагрузка 17 образуют регулятор напряжения положительной полярности. Величина выходного напряжения регулятора напряжения равна UBWX +U2 При подаче на вход 20.1 низкого логического уровня, а на остальные входы 20.2,...,20.(t, и 21.1,..., 21.m кодовой комбинации, соответствующей необходимому значению, на-г пряжения, на выходе цифроаналогового преобразователя 4 появится напряжение - и, одновременно с этим ключи 7 и 15 закрываются низким логическим уровнем, ключи 8 и 16 открываются высоким логическим уровнем, поступающим с выхода инвертора 9, что приводит к вьжлючению регулирующего элемента 13 и включению регулирующего элемента 14, т.е. источник 2 питающего напряжения отрицательной полярности, уси литель 12 сигнала ошибки, регулирующий элемент 14, источник 3 опор- . ного напряжения, управляющий, цифроаналоговый преобразователь 19, цифроаналоговый преобразователь 4, нагрузка 17 образуют регулятор напряжения отрицательной полярности. Величина выходного напряжения при этом этого cлeдveт, что изменяя величину Uj в пределах от -U до U5f, комбинациями цифровых кодов, подаваемых на входы 20.2,...,20.п и 21.1,...., 21 .т с дискретностью D /2 можно получить множество стабилизированных значений выходного напряжения U. как в поло,жительной, так и отрицательной областях, которое ограничено только разрядностью управляющего цифроаналогового преобразователя 19 и цифро аналогового преобразователя 4. Изображенный на фиг, 2 вариант ч тырехквадрантного цифроаналогового преобразователя 4 работает следующим образом. На цифровые входы 20.1,...,20.п,соединенные с управля ющими входами аналоговых ключей 30.1,...,30.п, подаются кодовые комбинации логических уровней, при этом логический, высокий уровень открывают . аналоговый ключ, а низкий логический уровень держит его в закрытом состоянии. Выходы аналоговых ключей 30.1,...,30.п соединены с резистивной матрицей 23 типа R-2R, с выхода которой аналоговый сигнал, пропор циональный значению подаваемой на вх ды 20.2,...,20.ц кодовой комбинации полярности согласно уровню логичесг кого сигнала на входе 20.1 и уровню напряжения U поступает через резистор 24 обратной связи на вход преобразователя 25 и далее через усилитель 26 на выход цифроаналогового преобразователя 4. Изображенный на фиг. 3 вариант управляющего цифроаналогового преобразователя 19 собран по двухквадрантной схеме. Приподаче на цифровые входы 21.1,,..,21.т позиционных кодов с весами О или 1 на выходе преобразователя.код-ток 31 формируется ток, пропорциональный весу задействованных разрядов. Сформированный ток преобразователем ток - напряжение 32 преобразуются в напряжение . и . Изображенный на фиг. 4 вариант источника 3 опорного напряжения работает следующим образом. Операционный усилитель 35 включен как неинвертирующийусилитель и имеет на выходе стабильное напряжение, равное +Uj,f, , которое используется для получения прецизионного тока стабилитрона 33. По сравнению с известными техническими решениями ( в том числе с прототипом ) данное устройство позволяет расширить область применения за счет использования в качестве источника стабилизированного напряжения изменяющейся полярности, повысить точность формирования выходного сигнала за счет снижения относительной погрешности при формировании низкоуровневых сигналов-в ре зультате дистанционного программируемого уменьшения дискретности напряжения подаваемого на информационньм вход цифроаналогового преоб- разователя, а также применять в качестве цифрового синтеза прецизионных сигналов изменя1ощейся полярности.

СТАБИЛИЗИРОВАННЬЙ ИСТОЧНИК ТОКА С ИЗМЕНЯОЩЕЙСЯ ПОЛЯРНОСТЬЮ по авт.св. № 1065843, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения источника путем использования его и в качестве источника стабилизированного напряжения с изменяющейся полярностью и повьш1ения точности формирования выходного сигнала, в него введены двуг.позиционный переключатель и управляющий цифроаналоговый переключатель, причем инвертирующий вход усилителя сигнала ошибки через последовательно соединенные перекидной контакт и один из неподвижных кон- тактов двухпозиционного переключателя и первые ключи первой группы соединен с входным силовым выводом регулирующего элемента положительной полярности и первым выводом первого измерительного резистора, а также с входным силовым выводом регулирующего элеме«та отрицательной полярности и первым вьтодом второго измерительного резистора, а через последовательно соединенные перекидной контакт и другой неподвижный кон«Я .такт двухпозиционного переключателя с выводом для подключения нагрузки, при зтом выход источника опорного напряжения соединен с задающим входом, дифроаналогового-преобразователя через указанный управляющий цифроаналоговый преобразователь. Од 00

36

ФагЛ