Двуполярный программируемый источник тока и напряжения Советский патент 1987 года по МПК G05F1/569 

Дания-ограничения выходного сигнала, блок 8 управления, нелинейный блок 9, благодаря которому обеспечена раэвяз- ка нагрузки от источника путем подИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в контрольно-измерительном оборудовании в качестве режимных источников при испытаниях полупроводниковых приборов.

Цель изобретения - повышение надежности защиты активной нагрузки в импульсном режиме.

На фиг.1 представлена функциональная схема Двухполярного программируемого источника тока и напряжения; на фиг.2 - функциональная схема блока управления.

Источник содержит регулирующий элемент 1, усилители-ограничители 2 и 3 датчик 4 рассогласования по току датчик 5 рассогласования по напряжению, блок 6 задания-ограничения выходного сигнала, буферный каскад 7, блок 8 управления, нелинейный блок 9 три входные клеммы и две выходные клеммы для подключения активной нагрузки.

Усилители-ограничители 2 и 3 имеют в своем составе элементы 10 - 13 коммутации (ключи) полярности задаваемых тока или напряжения. Датчик рассогласования по току, в свою очередь, состоит из резисторного датчика 14 тока, включенного между одними входами инвертируемого операционного усилителя 15 и сумматора 16, между другими входами которых включен программируемый источник 17 эталонного напряжения. Датчик 5 рассогласования по напряжению состоит из последовательно включенных датчика 18 напряжения на резисторах и программируемого источника 19 эталонного напряжения. Блок 6 задания-органичения выходного сигнала состоит из дифференциального усилителя 20 с элементом 21 коммутации (ключом) в цепи обратной связи, программируемого источника 22 эталонного напряжения и включенных последо держания нуля напряжения на выходе регулирующего элемента в промежутках времени между тестами и тем самым по- вьшается надежность защиты. 2 ил.

0

5

0

5

0

5

0

5

вательно резистора 23 и электронного ключа 24. Элементы режимного обеспечения (резисторы, конденсаторы и т.д.) на чертеже не обозначены позициями. Программируемый источник 22 эталонного напряжения и выход электронного ключа 24 подключены к инвертирующему входу дифференциального усилителя 20, к неинвертирующему входу которого через резисторы подключены выходы усилителей-ограничителей 2 и 3.

Блок 8 управления состоит из задающего генератора 25, трех триггеров 26 - 28, двух регистров 29 и 30 памяти, аналоговых ключей 31 - 33, двух разнополярных источников 34 и 35 эталонного напряжения и шести логических элементов И 36 - 41 (фиг. 2)-. Регулирующий элемент 1 служит для поддержания постоянного уровня сигнала (тока или напряжения) на выходе источника и выполнен на транзисторах типа КТ825Г и КТ827А, включенных по схеме эмиттерных повторителей. Кол-г лекторы названных транзисторов раздельно подключены к первой и второй входным клеммам источника, базы - к выходу буферного устройства 7, а эмиттеры - к входу нелинейного блока 9 и резистору 23 блока 6 задания-ограничения выходного сигнала. I

Усилители-огранр чителй 2 и 3 предназначены для усиления сигналов рассогласования, поступающих с выходов соответствующих датчиков 4 и 5 рассогласования по току и напряжению. Усилители-ограничители 2 и 3 вьшолне- ны на базе операционных усилителей (микросхемы типа К 140УД6). В цепь обратной связи каждого иэ усилителей- ограничителей 2 и 3 параллельно включены цепочки из последовательно соединенных ключа и диода. Ключи 10-13 предназначены для коммутации диодов, служащих, в свою очередь, для ограничения }ia выходе усилителей-ограничителей 2 и 3 сигналов соответствующей полярности. Ключи 10 и 13 выполнены на полевых транзисторах типа КП302АМ, ключи 11 и 12 - на транзисторах УГПОЗМ, а диоды - типа КД522. Входы усилителя-ограничителя 2 подключены к выходам датчика 4 рассогласования по току, причем инвертирующий вход усилителя 2 соединен с выходом резис- торного сумматора 16, входящего в состав датчика 4 рассогласования по току, а неинвертирующий вход - с программируемым источником 17 эталонного напряжения и неинвертирующим входом инвертирующего усштителя 15. Входы усилителя-ограничителя подключены к выходам датчика 5 рассогласования по напряжению, причем инвертирующий вход усилителя 3 подключен к точке соединения резисторов датчика 18 напряжения, а неинвертирующий вход - к программируемому источнику 19 эталонного напряжения. I

Датчики 4 и 5 рассогласования по

току и напряжению соответственно служат для выделения сигналов рассогласования, пропорциональных отклонениям выходного сигнала от заданных значений, определяемых программируемыми источниками 17 и 19 эталонных напряжений и соответствующими регулируемыми резисторами 14 и 18. Датчик 14 тока одним выводом соединен с входом инвертирующего усилителя 15 и первой выходной клеммой для подключения нагрузки, а другим - с выводом нелинейного блока и одним из входов сумматора 16 датчика 4 рассогласования по току. Инвертирующий усилитель 15 выполнен на микросхеме К140УД6, программируемые источники 17 и 19 эталонных напряжений выполнены на базе цифроаналоговых преобразователей (микросхем К572ПА2) и операционных усилителей (микросхемы К140УД6). Блок 6 задания-ограничения выходного сигнала предназначен для задания смещения на управляющем входе регулирую- щ.его элемента 1 через (буферный каскад 7), ограничения выбросов выходного сигнала в переходных режимах работы источников, а также для поддержания нулевого уровня на выходе регулирующего элемента в промежутках времени между импульсами (время выключения источника). Дифференциальный усилитель 20 блока 6 предназначен для

0

5

5

0

5

0

5

0

5

усиления разности сигналов программируемого источника 22 эталонного напряжения и выход ых сигналов усил1гге- лей-ограничителей 2 и 3.

Электронный ключ 21 в цепи обратной связи дифференпиального усилителя 20 предназначен для размыкания ее на время выключения источника. Резистор 23 совместно с электронным ключом 24 служат для образования коммутируемой обратной связи с выхода регулируемого элемента 1 на инвертирующий вход дифференциального усилителя 20. Последний выполнен на интеграпь- ной микросхеме К140УД6. Электронные ключи 21 и 24 выполнены на полевых транзисторах КПЮЗИ, источник 22 эталонного напряжения - на микросхеме К140УД6 (программируемой полярностью) . Буферный каскад 7 представляет собой сумматор на резисторах, подключенных к выходам усилителей-ограничителей 2 и 3 и блока 6 задания-ограничения выходного сигнала. Блок 8 управления служит для хранения информации о полярности выходных сигналов источников 17, 19 и 22 эталонных напряжений (посредством триггеров 26 28памяти), хранения данных о величинах и диапазонах задаваемых токов или напряжений (посредством регистров

29и 30 памяти), а также передачи этой информации в соответствующие узлы и блоки устройства посредством логических элементов И 36-41 по сигналам разрешения с задающего генератора 25, представляющего собой мультивибратор . .

Источники 34 и 35 эталонных напряжений блока 8 управления р1 дназначе- ны для задания входных напряжений программируемым источникам 17, 19 и 22, ключи 31-33 служат для выбора требуемой полярности эталонных напряжений в зависимости от информации, записанной в соответствующих триггерах 26 и 28. Триггеры 26 - 28, регистры 29 и 30 и логические элементы И 36-41 выполнены на микросхемах серии 155. В качестве ключей 31-33 использованы реле с магнитоуправляе- мыми контактами типа КЭМ-3. Источники 34 и 35 эталонных напряжений выполнены на базе операционтгых усилителей (микросхемы К140УД6) и стабилитронов Д818Е.

Нелинейный блок 9 предназначен для развязки выхода регулирующего элемента 1 через выходные .I ;vin под- клк 1ения нагрузки, He.nnHei4ffi ifi блок 9 сос тоит из двух встречно включеинрлх стабилитронов типа КС133А и параллельно включенных резистора и конденсатора.

Работа двухполярного программируемого источника тока и напряжергия происходит следуюп им образом.

Из блока 8 управления данные о величинах диапазонах и полярностях задаваемых токов и напряжений поступают на про 1 раммируемые источники 17, 19 и 22 эталонных напряжений и ключевые элементы 10 - 13, 21, 24, входящие в состав усилителей-ограничителей 2 и 3 и блока 6 задания-ограничения выходного сигнала. По сиг}}алу из блока 8 управления, формируемому задающим генератором 25 и oпpeдeляющe ry время включения устройства, на выходах нро- граммируемых источников 17, 19 и 22 эталонных напряжений появляются им- пульсы запрограммируемой амплитуды и hoляpнocти, например отрицательной,При

этом включаются ключи 10 и 13 усилителей-ограничителей 2 и 3 соответственно.

На инвертирующий вход дифференци- альнот о усилителя 20 блока 6 задания- ограничения подается отрицательное напряжение от источника 22 эталонно- го напряжения. При этом на выходе дифференциального усилителя 20, являющемся выходом блока 6, устанавливается положительное напряжение, которое через буферньй каскад 7 поступа- ет на вход регулирующего элемента 1. На выходе последнего формируется передний фронт импульсного режимного сигнала (испытательного теста), Если напряжение на выходе устройства пре- высит заданное значение, то сигнал на выходе датчика 5 рассогласования но напряжению изменит свою полярность, т.е. станет положительным. Тогда на выходе усилителя-ограничите- ля 3 появится отрицательное напряжение, которое в буферном каскаде 7 вычитается из положительного напряжения блока 6 задания-ограничения, уменьшая выходной сигнал буферного каскада 7. Одновременно сигнал с выхода усилителя-ограничителя 3 воздействует на неинвертируюпшй вход дифференциального усилителя 20, в результате чего на ныходе последнего происходит ограничение напряжения примерно на л ровне, сиответстнуюшем значе}-гию, при котором произошло пре- вьпиение выходно1 о напряжения источника, т.е. на уровне запрограммированного значения.

После окончания теста блок 8 управления 3aNa.iKaeT все ключи 10 - 13 в усилителях-ограничителях 2 и 3, напряжения на выходах которых становятся близкими к нулю. Тем самым исключается влияние усилителей-огра- .ничителей 2 и 3 на формирование выходного сигнала источника в течение времени между тестами. Одновременно замыкается ключ 24 в блоке 6 задания- ограничения, подключающий резистор 23 обратной связи с выхода регулирующего элемента 1 к инвертирующему входу дифференциального усилителя 20, и размыкается ключ 21, разрывающий обратную связь дифференциального усилителя 20, Это обеспечивает поддержание 1туля напряжения на выходе регулируюш,его элемента 1 с более высокой точностью, поскольку коэффициент усиления операционного усилителя без обратной связи. Bbmie, чем с обратной. Таким образом, после окончания теста дифференциальный усилитель 20 начинает работать как инвертирующий, у которого входное напряжение, подаваемое от источника 22 эталонного напряжения в промежутках времени между тестами, равно нулю. Следовательно, на резисторе 23 дополнительной обратной связи, а также на выходе регулирующего элемента I будет поддерживаться нуль напряжения. Нелинейный блок 9 совместно с резисторным датчиком 14 тока осуществляет развязку выходов регулирующего элемента I к выходным клеммам для подключения нагрузки, обеспечивая тем самым развязку нагрузки от источника, т.е. надежную защиту нагрузки or источника.

Таким образом, благодаря введенным средствам обеспечивается надежная защита нагрузки в импульсном режиме с сохранением высоких динамических характеристик и точности задания выходного тока и напряжения. При этом сохранение высоких динамических свойств и точности обусловлено тем, что нелинейный блок 9, помимо функции развязки, одновременно позволяет устранить влияние переходных

процессов, возникающих при переключениях источников от теста к тесту.

Формула изобретения

Двухполярный программируемый источник тока и напряжения, содержащий регулирующий элемент, два усилителя- ограничителя, датчики рассогласования по току и напряжению, буферный каскад, блок задания-ограничения выходного сигнала, имеющий в своем составе дифференциальный усилитель, блок управления, -три входные клеммы, две клеммы для подключения нагрузки причем первый и второй входы регулирующего элемента соединены с первой и второй входными клеммами, третий вход - с выходом буферного каскада, входы которого раздельно соединены с выходами усилителей-ограничителей и блока задания-ограничения выходного сигнала, первый и второй входы которого соединены с выходами усилителей- ограничителей, раздельно подключен- ных своими первыми и вторыми входами к соответствующим выходам датчиков

рассогласования по току и напряжению, ния-ограничения выходного сигнала.

первые входы которых соединены с первой клеммой для подключения нагрузки, третья входная клемма - с второй клеммой для подключения нагрузки, группы выходов блока управления с первой по пятую раздельно соединены с третьими входами усилителей-ограничителей, вторыми входами упомянутых датчиков и третьими входами блока задания-ограничения выходного сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности защиты активной нагрузки в импульсном режиме, в источник введен нелинейный блок, а в блок задания-ограничения выходного сигнала - последовательно соединенные резистор и электронный ключ, включенные между входом нелинейного блока и инвертирующим входом упомянутого дифференциального усилителя, вход нелинейного блока соеди - нен с выходом регулирующего элемента, выход - с третьим входом датчика рассогласования по току, а шестая группа выходов блока управления соединена с четвертыми входами блока задаФиг. 2

Редактор В. Даико

Составитель 0. Овсянникова

Техред В.КадарКорректор А. Тяско

4046/42

Тираж 863Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород; ул. Проектная, 4

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение надежности защиты активной нагрузки в импульсном режиме. Источник содержит регулирующий элемент 1, два усилителя-ограничителя 2, 3, датчики 4, 5 рассогласования по току и напряжению, буферный каскад 7, блок 6 за,6ta3 сл Sea 1