Преобразователь напряжение-ток Советский патент 1989 года по МПК G01R19/00 

1

Изобретение относится к технике преобразования и усиления электрических сигналов, предназначено для преобразования напряжений электрических сигналов в выходной ток и может найти применение в качестве электрических преобразователей управляющего напряжения в ток обмоток управления электромагнитных преобразователей, управляющих работой электрогидравлических приводов, электромашинных усилителей и т.д.

Целью изобретения является повышение надежности путем защиты от короткого замыкания и исключение таким образом перегрузки элементов преобразователя.

На чертеже приведена функциональная схема преобразователя напряжение - ток.

Преобразователь напряжение - ток содержит первый дифференциальный усилитель 1, резистор 2 отрицательной обратной связи усилителя 1.масштабный резистор 3 усилителя, 1 резистор 4 обратной связи по току усилителя 1, резистор 5 обратной связи по току усилителя 1, масштабный резистор 6 обратной связи по току,второй дифференциальный усилитель 7, масштабный резистор 8 усилителя 7, резистор 9 отрицательной обратной связи усилителя 7, нагрузка 10, дифференциальный аналоговый сумматор 11, селектор 12 сигналов положительной и отрицательной полярности, детектор 13 абсолютных значений, компаратор 14, инвертор 15, источник 16 опорного напряжения отрицательной 5 полярности, резистивный датчик тока (резистор) 17, источник 18 входного сигнала, общую шину 19.

Между выходом и инвертирующим входом первого дифференциального усили- 0 теля 1 включен резистор 2 отрицательной обратной связи, а к инвертирующему входу подключен первый вывод масштабного резистора 3. Между выходом первого дифференциального усилителя 1 и его неинвертирующим входом последовательно включены резисторы 4 и 5 обратной связи по току, а между неинвертирующим входом усилителя 1 и общей шиной 19 - масштабный ре- зистор 6 обратной связи по току. Выход первого дифференциального усилителя 1 соединен с инвертирующим входом второго дифференциального усилителя 7 через масштабный резистор 8. Выход второго дифференциального усилителя 7 соединен с его инвертирующим входом через резистор 9 отрицательной обратной связи, а также с точкой соединения резисторов 4 и 5 через до® полнительный резистивный датчик 17 тока и нагрузку 10. Неинвертирующий вход усилителя 7 соединен с общей шиной 19. Первый вход дифференциального аналогового сумматора 11 соединен

5 с точкой соединения дополнительного

5

3

резистивного датчика 17 тока и нагрузки 10, второй - с выходом пер-1- вого дифференциального усилителя 1, третий - с выходом второго дифференциального усилителя 7, четвертый - точкой соединения резисторов 4 и 5, а выход - с входом детектора 13 абсолютных значений. Выход детектора

13соединен с первым входом компаратора 14, а выход источника 16 опорнго напряжения отрицательной полярноти соединен с вторым входом компаратора 14, выход которого соединен с входом запрета отрицательной полярности селектора 12 сигналов и через инвертор с входом запрета положителной полярности селектора 12 сигнало Информационный вход селектора 12 сигналов соединен с источником 18 входного сигнала, а выход селектора 12 сигналов соединен с вторым выводом второго масштабного резистора 3

Преобразователь напряжение - ток работает следующим образом.

При подаче на вход преобразователя напряжения U6Х отрицательной полярности от источника 18 входного сигнала через масштабный резистор 2 на выходе селектора 12 сигналов пояляется напряжение -Uex, так как селектор 12 сигналов, выполненный на операционных усилителях, для сигнал отрицательной полярности является повторителем в соответствии с его детектирующей характеристикой.

На выходе селектора 12 сигнал -U6у появляется потому, что на входах запрета положительной и отрицательной полярности селектора 12 сиг налов отсутствуют опорные напряжения -U Оп , +U оп , так как компаратор

14закрыт-под действием запирающего сигнала -Uoni поступающего с источника 16. Входной сигнал -U 6х поступает на вход усилителя 1 через масштабный резистор 3. На выходе усилителя 1 появляется напряжение U,, величина которого определяется соотношением сопротивлений резисторов

2 и 3. При их соотношении 1 усилитель 1 является линейным усилителем напряжения, а обратная связь, снимаемая с резистора 4 по с помощью .делителя на резисторах 5 и 6, увеличивает его выходное сопротивление и при согласованных по величине резисторах 6, 2 и 5,3 усилитель 1 работает как источник тока,

10

15

20

25

5

0

5

30

0

5

управляемый входным напряжением Upt. Усилитель 7 при равенстве сопротивлений резисторов 8 и 9 инвертирует входной сигнал U T с единичным коэффициентом передачи и между выходами усилителей 1 и 7 образуется суммарный сигнал 2U,, который приложен к нагрузке 10 и резисторам 4 и 17. Таким образом, ток 1Н в нагрузке не изменяется при изменении сопротивления нагрузки 10, так как усилитель 1 работает как источник тока. Ток нагрузки 1Н, проходящий через резисторы 4 и 17, образует на них падение напряжения, которое диф- ференциальным аналоговым сумматором 11 выделяется на его выходе. Сигнал с выхода дифференциального аналогового сумматора 11 в виде напряжений отрицательной полярности поступает на вход детектора 13. На выходе детектора 13 образуется напряжение по- ложительной полярности, которое поступает на первый вход компаратора 14, на второй вход которого подано опорное напряжение -иол, с источника 16. Опорное напряжение -U оп обеспечивает непропускание сигнала положительной полярности U на вход компаратора 14. Если U iUoril, то входной сигнал U 6х через селектор 12 поступает на вход преобразователя.

При резком изменении сопротивления нагрузки 10 в сторону его уменьшения вплоть до нуля или при попадании концов нагрузки 10 на общую шину, возможном при испытаниях и эксплуатации преобразователя, через резисторы 4 и 17 возрастает ток нагрузки и, следовательно, возрастает величина сигнала -Un, образующегося на выходе дифференциального аналогового сумматора 11. В этом случае сигнал +U превышает величину опорного напряжения -U0n., по абсолютной величине и на выходе компаратора 14 проявляется сигнал отрицательной полярности, который поступает на вход запрета отрицательной полярности и через инвертор 15 на вход запрета положительной полярности селектора 12 сигналов, запирает его, и на его выход входной сигнал U 6« с входной шины не проходит. Таким образом, ток нагрузки 1Н ограничивается до нулевого уровня. При подаче сигнала U Вх с входнрй шины источника 18 входного сигнала положительный полярности устройство работает аналогично.

Формула изобретения

Преобразователь напряжение - ток, содержащий первый дифференциальный усилитель, между выходом и инвертирующим входом которого включен первый резистор отрицательной обратной связи, а к его инвертирующему входу подключен первый вывод второго масштабного резистора, между выходом первого дифференциального усилителя и его неинвертирующим входом последо вательно включены третий и четвертый резисторы обратной связи по току, а между его неинвертирующим входом и общей шиной - пятый резистор обратной связи по току, второй дифференциальный усилитель, выход которого через шестой резистор отрицательной обратной связи соединен с его инвертирующим входом и через седьмой масштабный резистор - с выходом первого дифференциального усилителя,а неинвертирующий вход второго усилителя соединен с общей шиной, первый вывод нагрузки соединен с общим выводом третьего и четвертого резисторов, источник входного сигнала, источник опорного напряжения отрицательной полярности, селектор сигналов положительной и отрицательной

0

5

0

полярности, причем его информационный вход подключен к входной шине источника входного сигнала, а выход - к второму выводу второго масштабного резистора, отличаю щи й- с я тем, что, с целью повышения надежности путем защиты от короткого замыкания, в него введены резистив- ный датчик тока, дифференциальный аналоговый сумматор, детектор абсолютных значений, компаратор, инвертор, лричем второй вывод нагрузки через резистивный датчик тока соединен с выходом второго дифференциального усилителя, первый вход дифференциального аналогового сумматора соединен с вторым выводом нагрузки, третий - с выходом второго дифференциального усилителя, четвертый - с первым выводом нагрузки, второй - с выходом первого дифференциального усилителя, выход дифференциального аналогового сумматора соединен с входом детектора абсолютных значений, а выход детектора соединен с первым входом компаратора, второй вход компаратора соединен с выходом источника опорного напряжения отрицательной полярности, выход компаратора соединен с входом запрета отрицательной полярности селектора сигналов и через инвертор - с входом запрета положительной полярности селектора сигналов.

Изобретение относится к технике преобразования напряжения электрических сигналов в выходной ток и повышает надежность преобразователя путем защиты от короткого замыкания нагрузки выходных каскадов усилителей. При подаче на вход преобразователя напряжения U_вх на выходе селектора 12 также появляется напряжение U_вх, если отсутствуют опорные напряжения - U_оп и U_оп. При согласованных по величине резисторах 6, 2, 5 и 3 усилитель 1 работает как источник тока, управляемый напряжением U_вх. Между выходами усилителей 1 и 7 имеется суммарный сигнал 2U, который приложен к нагрузке 10 и резисторам 4 и 17. Ток нагрузки, проходящий через резисторы 4 и 17, образует падение напряжения, которое выделяется дифференциальным аналоговым сумматором 11. Детектор 13 абсолютных значений преобразует его в напряжение положительной полярности, которое на компараторе 14 сравнивается с опорным напряжением U_оп1, поступающим с источника опорного напряжения 16 отрицательной полярности. Если U_Q≤U_оп1, то входной сигнал проходит через селектор 12 на вход операционного усилителя 1. При резком изменении сопротивления нагрузки 10, например, при попадании концов нагрузки 10 на общую шину возрастает сигнал на выходе детектора 13, который превышает в этом случае U_оп1 по абсолютной величине. При этом сигнал с выхода компаратора 14 запрещает прохождение входного сигнала U_вх через селектор 12 сигналов на вход операционного усилителя 1, тем самым ограничивая ток нагрузки до нуля. 1 ил.