Высоковольтный калибратор напряжений (его варианты) Советский патент 1988 года по МПК G01R35/00 G05F1/56 

ратной связи, выходные клеммы, одна из которых соединена с общим выводом источника питания усилителя первого стабилизатора напряжения, а другая - с выходным потенциальным выводом усилителя последнего стабилизатора напряжения, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения точности калибрования, потенциальный вывод неинвертирующего входа усилителя и второй вьшод датчика обратной связи каждого последующего стабилизатора напряжения соединены соответственно с выходным потенциальным выводом и потенциальным выводом неинвертирующего входа усшштеля предыдущего стабилизатора напряжения.

4, Высоковольтный калибратор по п.З, о т л и ч а ю щ, и и с я тем, что блок формирования опорного напряжения выполнен в виде усилителя и источника опорного напряжения, включенного на инвертирующем входе усшп1теля неинвертирующий вход которого соединен с выходной цепью калибратора, а выход является выходом данного блока.

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при построении прецизионной контрольно-измерительной аппаратуры, а также источников вториного злектропитания.

Цель изобретения - упрощение конструкции калибратора и повьппение точ- калибрования.

На фиг. 1 и 2 показаны соответственно первый и второй варианты предлагаемого высоковольтного калибратора напряжения; на фиг. 3 - возможное исполнение используемого блока формирования опорного напряжения.

Устройство по первому варианту (фиг.1) содержит низковольтные стабилизаторы 1.1-1.N. Каждый стабилизатор 1.1 состоит из усилителя 2.1, элемента (резистора) 3,1 обратной связи, источника 4.1 питания с общим вьшодом (шиной) 5.1. Кроме того, в стабилизатор 1.1 входит датчик (резистор) 6.1 обратной связи,а между каждой парой смежных стабилизаторов 1 .1 и 1 . (1+1) введен датчик (резистор) 7.1 связи. В устройстве имеется также блок 8 формирования опорного напряжения. Позициями 9 и 10 на схеме обозначены выходные клеммы калибратора.

Стабилизаторы 1.1-1.N включены последовательно. В каждом стабилизатор л 1.1 элемент 3.1 обратной связи подключен первым вьгаодом к потенциальному выводу инвертирующего входа усилителя 2.1, соединенного потенциальным выводом неинвертирующего входа с об0

5

. щим выводом 5.1 источника питания. Блок 8 формирования опорного напряжения включен между общим выводом 5.1 источника 4.1 питания и одним из 5 вьшодов датчика 6.1 обратной связи, соединенного другим вьшодом с потенциальным выводом инвертирукмцего входа усилителя 2.1. Один из выводов каждого датчика 7.1 связи подключен к выходному потенциальному выводу усилителя 2.1 и потенциальному выводу не- инвертирующего входа усилителя 2.(1-И), а другой вывод - к второму выводу элемента 3.1 обратной связи и потенци- альному вьшоду инвертирующего входа усилителя 2.(1+1). Выходная клемма 9 соединена с общим выводом источника 4.1 питания, а выходная клемма 10 - с выходным потенциальным выводом усилителя 2. N.

Устройство по второму варианту (фиг, 2) содержит низковольтные стабилизаторы 1.1-1.N. Каждый стабилизатор 1.1 состоит из усилителя 2.1 элемента (резистора) 3.1 обратной связи, источника 4.1 питания с общим выводом (шиной) 5.1, датчика (резистора) 6.1 обратной связи. Кроме того, в устройстве имеется блок 8 формирования опорного напряжения. Позициями 9 и 10 на схеме обозначены выходные клеммы калибратора.

Стабилизаторы 1.1-1.N включены последовательно. В каждом стабилизаторе 5 1 первые выводы элемента 3.1 и датчика 6.1 обратной связи соединены с потенциальным выводом инвертирующего

0

0

j1 Ч

входа усилителя 2.i, пидк nKj u iifKirii потенциальным ныподим неиннертнрук1шег(1 входа к общему выноду 5.i ис-точннка 4,1 питания, а выходным потенциальным выводом - к второму выводу элемента 3.1 обратной связи. Блсж 8 формирования опорного напряжения включен между общим выводом 5.1 источника 4,1 питания и вторым выводом датчика 6,1 об- ратной связи. Потенциальный вывод неинвертирующего входа усилителя 2 , (i + 1) и второй вход элемента 3.(i+1) обратной связи соединены соответственно с выходным потенциальным выводом и потенциальным выводом неинвертирующего входа усилителя 2,i,

Выходная клемма 9 соединена с общим выводом источника 4,1 питания, а выходная клемма 10 - с выходньп по- тенциальным выводом усилителя 2,N,

Блок 8 формирования опорного напряжения для каждого из вариантов устройства может быть выполнен в виде усилителя 11 (фиг. 3) и источника 12 опорного напряжения, включенного на инвертирующем входе усилителя 11, неинвертирующий вход которого соединен с выходной цепью калибратора, а выход является выходом данного блока. ВЕаГходная цепь калибратора в частном Случае может состоять из элемента If Датчика общей обратной связи, последовательно включенных между выходныПри этом результирующее напряжение Ujy на выходе калибратора, равное

ми клеммами 9 и 10. При этом в каче- умме выходных напряжений всех стабистве источника 12 опорного напряжения может использоваться внешний источник напряжения, а в качестве элемента общей обратной связи - нагрузка калибратора,

Калибратор по первому варианту работает следующим образом.

С выхода блока 8 формирования опорного напряжения, включенного по нуле- 45 вой схеме, опорное напряжение U, например, отрицательной полярности поступает на инвертирующий вход усилителя 2,1, который его инвертирует и усиливает в К, Rj,/R, раз, где 50 Rj и R ( - сопротивления резисторов 3.1 и 6,1 соответственно.В результате на выходе усилителя 2.1 относительно общего RMRivf .1 источника 4.1 появится 55 положительной поляри;- т ii, .4 р пепи его обратной связи потечет ток 1, -U(j/Rj,, создающий ня горе 7.1 связи падение няпряжемия

лизаторов, определяется выражением

и

ви

USH.; - UoSlK...

Калибратор по второму варианту работает аналогично. Отличие заключается в том, что в качестве входного напряжения каждого последующего стаби дизятора 1.(i+1) вместо напряжения связи используется выходное напряжение и т предыдущего стабилизатора 1.1, а коэффициенты лередач стабилизаторов, определяемые относительно соответствукицих общих выводов 5.1 источников 4.1 выражением К , Rjj/R,,. обуславливают на их выходах напряжение, рассчитываемое с учетом равен- сгва Ujji,,, -I oK, по формуле

(,.,Г ь.«.гКи, .

1

При этом результирующее наттряже- ние на выходе высоков ольтного капиб- ратора равно IJgn, 11,,,;

п N1 « 1

Г.П отрицат PI1 ыюй rifvimpiUH TH относительно o6mei c) вывода 5.2 источника 4.2.

Напряжение связи , поступает на инвертирующий вход усилителя 2,2, который его также инвертирует и усиливает в К раз. В результате на выходе усилителя 2.2 относительно общего вывода 5,2 источника 4.2. появится напряжение Ug,, , I R j положительной полярности, где R , сопротивление резистора 3.2, а в пепи его обратной связи через резисторы 7,2, 3,2 и 7.1 потечет ток I, создающий на резисторе 7,1 компенсирующее напряжение и, I -R-jf, За счет глубокой отрицательной обратной связи обеспечивается равенство U ) Uc,, которое возможно только при 17 - 11, При этом и 7

-Т R г.т.

где К ,;

- Jk

Rfc.i

R

Rll

и.

R..

к Ч.

Все последующие стабилизаторы напряжения работают аналогично. Поэтому напряжение Uj,,; {на выходе стабилизатора 1.1 относительно общего выхода 5,1 источника 4,i равно

и Bux.i 0

где К; Rji/R i - коэффициент передачи стабилизатора 1,1.

При этом результирующее напряжение Ujy на выходе калибратора, равное

умме выходных напряжений всех стабилизаторов, определяется выражением

и

ви

USH.; - UoSlK...

Калибратор по второму варианту работает аналогично. Отличие заключается в том, что в качестве входного напряжения каждого последующего стаби дизятора 1.(i+1) вместо напряжения связи используется выходное напряжение и т предыдущего стабилизатора 1.1, а коэффициенты лередач стабилизаторов, определяемые относительно соответствукицих общих выводов 5.1 источников 4.1 выражением К , Rjj/R,,. обуславливают на их выходах напряжение, рассчитываемое с учетом равен- сгва Ujji,,, -I oK, по формуле

(,.,Г ь.«.гКи, .

1

При этом результирующее наттряже- ние на выходе высоков ольтного капиб- ратора равно IJgn, 11,,,;

п N1 « 1

Г. включении блока 8 формирования опорного напряжения по дифференциальной схеме коэффициент передачи усилителя 2.1 станет равным К, (Кз.+Я;)/ /R ,. В остальном работа калибраторов по обоим вариантам не изменится.

Таким образом, первый вариант калибратора по сравнению со вторым обеспечивает достижение поставленной цели при минимальных аппаратурных затратах и с наибольшей точностью за счет использования прецизионного резистора 6.1 только в стабилизаторе 1.1 и меньших требований к входным каскадам всех усилителей 2.1-2.N. Однако при большем количестве последовательно включенных стабилизаторов 1,1-1.N из-за их взаимной связи на общий датчиках связи в отдельных каскадах возможно возникновение возбуждения, увеличивающего пульсации на выходе.

Второй вариант калибратора обладает большей устойчивостью к возбуждению, но достигается это за счет больших конструктивных усложнений,обус ловленных наличием в каждом стабилизаторе 1,1 прецизионного резистора 6.1, а также за счет высоких требо- BkHHft к входным каскадам всех усилителей 2.1, кроме первого, из-за значительных напряжений на их выходах.

В связи с этим для построения высоковольтных универсальных калибраторов с большим количеством последовательно включенных низковольтных стабилизаторов целесообразно нированное использование обоих вариантов, при котором за основу калибратора принимается последовательное

5

0

5

0

В

0

соединение стабилизаторов по схеме первого варианта, чередуемое г включением их по схеме вторсто варианта.

При последовательном включении между выходными клеммами 9 и 10 резнстия- ных элементов и датчика общей обратной связи на последнем образуется компенсирующее напряжение ., прикладываемое к неинвертирующему входу усилителя 11 блока 8 формирования опорного напряжения. За счет глубокой отрицательной обратной связи обеспечивается равенство U Up.

В этом случае коэффициент передачи калибратора определяется только прецизионными элементами и датчиком общей обратной связи и не зависит от величин коэффициентов передач усилителей 2.1-2.N, а также от точности и стабильности сопротивлений элементов и датчиков обратной связи отдельных стабилизаторов.

Функциональные возможности высоковольтного калибратора напряжения могут Сыть расширены за счет использования вместо источника 12 опорного напряжения внешнего источника напряжения постоянного или переменного тока, а вместо элементаобщей обратной связи - внешней нагрузки постоянного или переменного тока. Раздельное или комбинированное использование указанных замещений в схеме обеспечивает выполнение устройством по первому и второму вариантам дополнительных функций; высоковольтного калибратора тока, высоковольтного усилителя, высоковольтного преобразователя напряжения в ток и др.

u«

«

&

i/.

И

/

S

Г-Т

т;:

litta.

bh

12

I

tHXt

7,.

wi

It

о.

15,

UfHX,

Т

-Й(

ь

U&w

I

T

ЦГМ1

;

ФигЗ