Управляемое резистивное устройство Советский патент 1987 года по МПК G06G7/12 G06G7/62 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной и измерительно- информационной технике и предназначено для использования в качестве быст- родействующего резистора, управляемого напряжением, в системах автоматизированного контроля параметров контрольно-измерительной аппаратуры.

Цель изобретения - расширение диа- пазона изменения рабочих напряжений и задаваемых границ регулирования сопротивления управляемого резистивного устройства.

На чертеже приведена схема устрой- ства.

Устройство имеет внешние информационные выводы 1 и 2, вход 3 задания управляющего напряжения, вход 4 задания опорного напряжения и содер- жит инвертор 5, первый 6, второй 7 и третий 8 сумматоры, первый 9 и второй 10 операционные усилители, первый 11, второй 12, третий 13,чет- вертьй 14 и пятый 15 токозадающие ре- зисторы и первый, -второй и третий элементы с управляемой проводимостью выполненные на полевых транзисторах соответственно 16, 17 и 18.

Инвертор 5 предназначен для интер- тирования напряжения, приложенного к внешнему выводу 1, и содержит операционный усилитель 19 и резисторы 20 и 21. Первый вывод резистора 20 образует вход инвертора 5, а второй вывод соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 19 и первым выводом резистора 21, второй вывод которого соединен с выходом операционного усилителя 19 и образует выход инвертора 5. Неинвертирующий вход операционного усилителя 19 соединен с общей шиной. Выход инвертора 5 соединен с вторыми входами сумматоров 6, 7 и 8.

Масштабирующий сумматор 6 предназначен для формирования сигнала,пропорционального входному приложенному напряжению, равно (Uj - иц)К, где и - напряжение, приложенное к перво- му входному зажиму 1; U - напряжение, приложенное к второму входному зажиму 2; К - коэффициент м асштабиро- вания. Сумматор 6 содержит операционный усилитель 22 и резисторы 23, 24

тс.

и 25.

Сумматор 7 предназначен для формирования сигнала, равного U,, где U(in опорное напряжение, приложенное к входу 4, и содержит опера ционный усилитель 26 и резисторы 27, 28 и 29.

Сумматор 8 предназначен для формирования сигнала, равного и,„р- U, , где Uynp - управляющее напряжение, приложенное к входу 3, и содержит усилитель 30 и резисторы 31-33.

Операционный усилитель 10 с токо- задающим резистором 15 и полевым транзистором 17 предназначен для выработки управляющего сигнала, поступающего на затвор полевого транзистора 18, который изменяет сопротивление его канала.

На токозадающем резисторе 12 и полевом транзисторе 18 собран делитель напряжения, который предназначен для выработки на полевом транзисторе 18 сигнала, пропорционального входному и управляющему сигналам.

Операционный усилитель 9с резисторами 13 и 14 предназначен для сравнения напряжений, поступающих с истока (стока) полевого транзистора 18 и токозадающего резистора 11, а также вьщачи управляющего напряжения на затвор полевого транзистора 16.

Токозадающий резистор 11 предназначен для преобразования тока,протекающего через канал полевого транзистора 16, в напряжение.

Полевой транзистор 16 предназначен для регулирования сопротивления устройства. При изменении напряжения, поступающего на затвор полевого транзистора 16 с операционного усилителя 9, изменяется сопротивление канала полевого транзистора.

Устройство работает следующим образом.

. Напряжение U, поступающее на вход устройства, прикладывается к внешним выводам 1 и 2, причем к выводу 1 прикладывается напряжение U,, а к выводу 2 - напряжение

и,, и,- и,.

(1)

Напряжение, приложенное к выводу 1, инвертируется инвертором 5, на выходе которого напряжение равно

-и.|,

(2)

где RI - сопротивление резистора 21; R - сопротивление резистора 20,

31361579

В случае равенства сопротивлений

R, R, напряжение на выходе инвертора 5 равно

5 -.

(3)

10

Напряжение на выходе сумматора 7 равно

. ,.)-|7. С.)

где -Ug - опорное напряжение, приложенное к входу А;

RJ - сопротивление резистора 29; 15 R4 - сопротивление резистора 27; RS - сопротивление резистора 28. В случае равенства сопротивлений RJ R4 RS учетом соотношения (3)

получают

и Uon+ и,.

(5)

Напряжение на выходе сумматора 8 равно

25

R - iT

(14)

Учитывая соотношения (9), (1.2) Us -(-и,„р) |i и, |il, (6) « (13), имеют

7О J

и on R э Uvnp- Uon

(15)

где -и,,пр - управляющее Напряжение,

припоженное к входу 3; RJ - сопротивление резистора 33; R, - сопротивление резистора 31; Rg - сопротивление резистора 32. В случае равенства сопротивлений Е R7 Rj и учитывая соотношение (3), получают

и

Uvnp- и,

(7)

Для схемы, состоящей из операционного усилителя 10, токозадающего резистора 15 и полевого транзистора 17, справедливы следующие соотношения:

U. UR/U,-bU,.

(8)

где Ug - напряжение на резисторе 15| Uy - напряжение на полевом транзисторе 17;

и, Uv,+ и

(9)

Учитьшая соотношения (8) и (9), ,напряжение на резисторе 15 равно

и R, и 5 - и

Ч

(10)

Ток, протекающий через резистор 15, равен

„

. Ufi,

(11)

где Rg - сопротивление резистора 15. Учитывая соотношения (5) и (7),

получают

Цупр- Uc 9 R„

(12)

Так как операционный усилитель 10 обладает большим входным сопротивлением, то ток, протекающий через резистор 15, равен току, протекающему через полевой транзистор 17:

1о I

v,

(13)

где 1у - ток, протекающий через полевой транзистор 17, Сопротивление канала полевого транзистора 17 вычисляется по формуле

R - iT

(14)

25

Учитывая соотношения (9), (1.2) « (13), имеют

R

/,

0

и on R э Uvnp- Uon

(15)

Сопротивление канала полевого транзистора 18 равно сопротивлению канала полевого транзистора 17

R,, R

ЗБ

,

(16)

где - сопротивление канала полевого транзистора 18.

Равенство сопротивлений обеспечивается идентичностью характеристик полевых транзисторов. Для работы в составе устройства необходимо выбирать идентичные полевые транзисторы 17 и 18, например транзисторы, которые находятся в- одной интегральной микросхеме.

Из формул (15) и (16) видно, что сопротивление канала полевого тран- яистооа 18 изменяется от управляющего напряжения, приложенного к вхо- ду 3.

Напряжение на выходе сумматора 6 равно

--K§f/°.-y. Я

где R.,0- сопротивление резистора 25- R,, - сопротивление резистора 23 R,- сопротивление резистора 24

R -

В случае равенства сопротивлений R,

п

-(и, -и,)

ь

R,

(18)

Применение резисторов 23, 24 и 25, обладающих разным сопротивлением (сопротивление резисторов 23 и 24 равно К,, сопротивление резистора 25 равно

R(, ) , позволяет получить на выходе масштабирующего сумматора 6 напряжение, пропорциональное входному напряжению, не превышающее максимально допустимое рабочее напряжение полевого транзистора 18 и оптимальное для его работы.

Напряжение U, с выхода масштабирующего сумматора 6 прикладывается к делителю напряжения, состоящему из резистора 12 и канала полевого тран- зистора 18.

Падение напряжения на полевом транзисторе 18 равно

и

R

Vl

(19)

где R - сопротивление резистора

12,

Падение напряжения на полевом транзисторе 18 через резистор 13 поступает на инвертирующий вход операционного усилителя 9, где оно сравнивается с напряжением, снимаемым с токозадающего резистора 11, поступающим на инвертирующий вход о тераци- онного усилителя 9 через резистор 14

Операционный усилитель 9 изменяет сопротивление канала сток - исток полевого транзистора 16 путем изменения напряжения на его затворе таки образом, что выполняется соотношение

и R-1

(20)

15

где

сопротивление резистора сопротивление резистора

я 15UR - напряжение на резисторе 11. Напряжение на резисторе 11 равно

13; 14;

11

R

it

(21)

где Ig - ток, протекающий через резистор 11;

Rit - сопротивление резистора. 11. Из формулы (21) ток, протекающий через резистор 11, равен

4t

ь R.i

(22)

Lf. L (21) R,. R

Учитывая соотношения (18), (19) (20), получают

т - Си TI у R

-RIL г I- я р +R R

1, К„ .,

Ток, протекающий через резистор 11, протекает и через канал сток - исток полевого транзистора 16.

Сопротивление последовательно включенных канала сток - исток полевого транзистора 16 и резистора 11 равно

R,

Ubv

I,

и 2 -и.

Учитывая соотношения (23), получают

9К8

(25)

0

0

5

5

0

5

Из формулы (25) видно, что сопро- 5 тивление устройства изменяется при

изменении управляющего напряжения , поступающего на вход 3, что дает воз- |Можность изменения сопротивления уст- 1ройства.

Формула изобретения

Управляемое резистивное устройство, содержащее первый операционный усилитель и последовательно соединенные первый элемент с управляемой проводимостью, вьшолненный в виде первого полевого транзистора, и первый токозадающий резистор, свободные выводы которых являются внешними информационными вьшодами устройства, затвор первого полевого транзистора подключен к выходу первого операци- онного усилителя, отличаю- щ е е-с я тем, что, с целью расширения диапазона изменения рабочих напряжений и задаваемых границ регулирования сопротивления резистивного устройства, оно содержит первый, второй и третий сумматоры, инвертор, второй операционный усилитель, второй, третий, четвертый и пятый токозадаю- щие резисторы и второй и третий элементы с управляемой проводимостью, вьшолненйые в виде второго и -тЬетьего полевых транзисторов, которые включены между первым внешним информационным выводом управляемого резистора и соответственно инвертирующим входом второго операционного усилителя и объединенным выводом последовательно соединенных второго и третьего токозадающих резисторов, свободные выводы которых подключены соответственно к выходу первого сумматора и к инвертирующему входу первого операционного усилителя, подключенному через четвертый токозадающий резистор к общему выводу первого полевого транзистора и первого токозадающего резистора, неинвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с шиной нулевого потенциала,выход второго операционного уси)1ителя 15 неинвертирующему и инвертирующему вхоподключен к затворам второго и тре

тьего полевых транзисторов, первый вход первого сумматора соединен с вторым внешним информационным выводом управляемого резистора, а первые входы BTopdro и третьего сумматоров являются соответственно входами задания опорного и управляющего напряжений устройства, вторые входы всех сумматоров объединены и подключены через инвертор к первому внешнему информационному выводу устройства, выходы второго и третьего сумматоров подключены непосредственной через пятый токозадающий резистор соответственно к

дам второго операционного усилителя.

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной и измерительно-информационной техники и предназначено для использования в качестве быстродействующего резистора, управляемого напряжением, в системах автоматизированного контроля параметров контрольно-измерительной аппаратуры. Цель изобретения - расширение диапазона изменения рабочих напряжений задаваемых границ регулирования сопротивления резистивного устройства. Устройство имеет внешние информационные выводы 1 и 2, вход задания управляющего напряжения 3, вход задания опорного напряжения А и содержит инвертор 5, сумматоры 6, 7 и 8, первый и второй операционные ., усилители 9 и 10, токозадающие резисторы 11, 12, 13, 14 и 15 и элементы с управляемой проводимостью, выполненные на полевых транзисторах 16, 17 и 18. Устройство обеспечивает работу с напряжениями, превьш1ающими максимально допустимые рабочие напряжения входящих в него операционт ных усилителей. При этом расширяется диапазон задаваемых границ регулирования сопротивления, обеспечивается включение устройства в цепь, не имеющую соединения с корпусом. Для этого в устройство введены инвертор, три сумматора, второй операционный усилитель, дополнительные токозадающие резисторы и два полевых транзистора. ; 1 ил. с (Л О5 сд со