Управляемый источник биполярного эталонного сигнала Советский патент 1987 года по МПК G05F1/585 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах автоматики и вычислительной техники в аналого-цифровых и циф роаналоговых преобразователях информации .

Цель изобретения - упрощение путе сокращения выходов усилителя и обеспечения возможности использования ма ломощного усилителя,

На чертеже дан источник биполярного сигнала.

Источник сигнала содержит первый, второй, третий и четвертый ключи 1 - 4, первый и второй диоды 5 и 6, истоники 7 и 8 положительного и отрицательного напрялданий питания, нагрузку 9, активный двухполюсник 10 с вы- соким дифференциальным сопротивлением, в состав которого входят операционный усилитель (ОУ) 11, регулирующий элемент 12 с высоким входным сопротивлением, первый, второй и третий резисторы 13, 14 и 16, стабилитрон 15, управляющий вход 17, Дифференциальные входы ОУ 11 подключены к выходам параллельно соединенных источников опорного напряжения и датчика тока, а вьшоды питания ОУ 11 подключены к источникам 7 и 8 положи- тельного и отрицательного напряжения один вывод нагрузки 9 подключен к общей шине, а другой через последовательно соединенные первый диод 5 и первый ключ 1 - к первому выводу третьего ключа 3 и через последовательно соединенные второй диод 6, второй ключ 2 к первому выводу четвертого ключа 4, точка соединения второго и четвертого ключей подключе .на к общему выводу стабилитрона 15 источника опорного напряжения и третьего резистора 16 датчика тока, управляющий вход регулирующего зле- мента 12 соединен с выходом ОУ 11, вход питания подключен к общей точ- ке первого и третьего ключей 1 и 3, а выход - к общей точке первого и второго резисторов 13 и 14, вторые вьшоды третьего и четвертого ключей 3 и 4 подключены соответственно к источникам 7 и 8 положительного и отрицательного напряжения питания. Регулирующий элемент 12 содержит полевой транзистор с (1 гканалом и биполярный транзистор п-р-п типа,

Источник сигнала работает следующим образом.

0

5

0

,

0

5

5

0

5

0

5

Допустим, что на ключи I - 4 поступает сигнал управления с входа 17, который включает ключи 2 и 3 и выключает ключи 1 и 4, В этом случае нагрузка 9 через второй диод 6, второй ключ 2, активный двухполюсник 10 с высоким дифференциальным сопротивлением и третий ключ 3 оказьгоается подключенной к источнику 7 положительного напряжения, и через нагрузку 9 протекает стабилизированный ток положительного направления. Потенциал на входах и выходе ОУ 11 относительно общей шины положителен.

При подаче сигнала с входа 17 управления, включающего ключи 1. и 4 и выключающего ключи 2 и 3, нагрузка 9 через первый диод 5, первый ключ 1, активный двухполюсник 10 с высоким дифференциальным сопротивлением и чет- вертьш ключ 4 оказывается подключенной к источнику .8 отрицательного напряжения, и через нагрузку 9 протекает стабилизированный ток отрицательного направления. Потенциал на входах и выходе ОУ i1 относительно общей шины отрицателен.

Таким образом, изменение направления тока через нагрузку 9 не приводит к изменению направления тока через активный двухполюсник 10, свойства которого и определяют номинал стабилизированного тока нагрузки, положительного и отрицательного направлений. Контур стабилизации -тока через- активньй двухполюсник 10 замьпсается через выход ОУ 11, вход и выход регулирующего элемента 1-2, резистор 13, источник 15 опорного напряжения, резисторы 14 и 16 и дифференциальные входы ОУ 11,

Диоды 5 и 6 предотвращают прямое подключение нагрузки 9 к источникам 7 и 8 через полуоткрытые ключи 1 и 3 или 2 и 4,

При применении быстродействующих ключей 1 - 4 и ОУ 11 диоды 5 и 6 могут отсутствовать. При большом значении коэффициента усиления ОУ, малых токах утечки закрытых ключей и высоком входном сопротивлении регулирующего элемента номинал стабилизированного тока нагрузки, независимо от его направления и сопротивления нагрузки, определяется выражением:

(R. RI

RaI.

R,

где Upi - напряжение стабилизации

стабилитрона 15;

R, R, R, - сопротивления резисторов 13, 14 и 16.

При применении в качестве нагрузки 9 эталонного резистора с сопротивлением Rg предложенное устройство может использоваться в качестве управляемого источника биполярного эта- лонного напряжения с выходным напряжением, равным

RI R.

+ R2

R,

U,r Uo, .- RO

-. , 3

При применении неинвертирующего регулирующего злемента 12, сигнал на выходе которого находится в фазе с сигналом на его управляющем входе, ативный двухполюсник 10 охвачен поло

жительной обратной связью с выхода источника опорного напряжения на неинвертирующий вход ОУ 11 и отрицателной обратной связью с выхода датчика тока, на инвертирующий вход ОУ 11 Необходимое условие устойчивости предложенного устройства выполняетRt R3

г. ,

I Ко

где

t

- дифференциальное сопротивление стабилитрона 15.

При подаче сигнала с входа 17 управления, выключающего ключи 1 и 2 и включающего ключи 3 и 4, ток в нагрузке 9 равен нулю, а активный двухполюсник 10 оказывается подключенным к последовательно соединенным источникам 7 и 8 напряжения питания,

Таким образом, предлагаемый управляемый источник может эксплуатироваться в трех режимах импульсного управления, при которых формируются поло- жительный, отрицательный и нулевой токи нагрузки.

Крутизна нарастания выходного тока нагрузки 9 при изменении сигнала с входа 17 управления определяется быстродействием ОУ 11 и ключей 1 - 4

Возможен вариант выполнения предлагаемого устройства, в котором отсутствуют ключи 1 и 2, а управление устройством осуществляется ключами 3 и 4. В этом случае симметрия положительного и отрицательного токов нагрузки 9 будет определена с погрешностью, равной разности обратных токов закрытых диодов 5 и 6.

ВНИЖШ Заказ 4046/42 Тираж 863

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

В активном двухполюснике 10 возможна замена второго резистора 14 стабилитроном с напряжением стабилизации

VВ этом случае величина стабилизированного тока нагрузки определяется выражением:

Эт

Uo, /R, - „,/R,

Формула изобретения

Управляемый источник биполярного эталонного сигнала, содержащий активный двухполюсник, включающий операционный усилитель, неинвертирующий и инвертирующий входы которого подключены соответственно к выходам источника опорного напряжения на стабилитроне и первом резисторе, и датчик тока на последовательно соединенных втором и третьем резисторах, а вьшоды питания усилителя подключены соответственно к вьюодам для подключения источников положительного и отрицательного напряжения питания, два последовательно соединенных диода, общая точка которых подключена к общей шине, свободный вьшод первого диода подключен к первому выводу первого ключа, а свободный вьшод второго диода подключен к первому выводу второго ключа, вторые вьшоды первого и второго ключей подключены к первым выводам соответственно третьего и четвертого ключей, причем точка соединения второго и четвертого ключей подключена к точке соединения стабилитрона источника опорного напряжения и третьего резистора датчика тока, о т- личающийся тем, что, с целью упрощения путем сокращения выходов усилителя и обеспечения возможности использования маломощного усилителя, в активньгй двухполюсник введен регулирующий элемент, управляющий вход которого соединен с выходом операционного усилителя, вьшод питания подключен к общей точке первого и третьего ключей, а выход - к общей точке пе.рвого и второго резисторов, вторые вьшоды третьего и четвертого ключей подключены соответственно к вьшодам для подключения источников положительного и отрицательного нап- , ряжения,

Подписное

Устройство относится к электротехнике и может быть использовано, например, в качестве управляемого биполярного источника эталонного тока или напряжения в аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователях. Цель изобретения - упрощение устройства путем сокращения количества выходов усилителя и обеспечения возможности использования маломощного усилителя. Устройство содержит ключ 1-4, диоды 5, 6, источники положительного 7 и отрицательного 8 напряжения питания, заземленную нагрузку 9, активный двухполюсник 10 с высоким дифференциальным сопротивлением, в состав которого входят операционный усилитель 11, регулирующий элемент 12 с высоким входным сопротивлением, резисторы 13, 14, 16, стабилитрон 15 и управляющий вход 17. В устройстве направление стабилизированного эталонного тока через заземленную нагрузку определяется подключением нагрузки к положительному или отрицательному источнику напряжения питания. Номинал стабилизированного эталонного тока положительного и отрицательного направлений определяется сво йствами одного активного двухполюсника с высоким дифференциальным сопротивлением и не зависит от сопротивления нагрузки. 1 ил. (С (Л 00 00 ел qD 05 4;: