Стабилизатор постоянного тока Советский патент 1992 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в прецизионных измерите/)ьных приборах и устройствах.

Цель изобретения.- повышений козффициента стабилизации, выходного сопротивления и расширение динамического диапазона.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема стабилизатора постоянного тока; на фиг. 2 - электрические схемы линейного (фиг. 2а) и нелинейного (фиг. 26) делителей напряжения.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 операционные усилители, делители 4 напряжений, один из которых является линейным, а другой - нелинейным, входную шину 5 питания, дополнительный линейный делитель напряжения на резисторах 6 и 7, измерительный резистор 8 и переключатель 9. Линейный делител1г напряжения состоит из резисторов 10 и 11. Крайние выводы резисторов 10 и 11 образуют первый и второй крайние вывЬды делителя, а объединенные выводы резисторов образуют средний вывод делителя.

Нелинейный делитель напряжения состоит из токозадающего резистора 12 и опорного стабилитрона 13. Крайние выводы резистора 12 и стабилитрона 13 образуют первый и второй крайние выводы делителя, а объединенные выводы резистора 12 и стабилитрона - средний вывод делителя. Первые крайние выводы делителей 3 и 4 соединены с одной из разнополярных шин 5 питания усилителей 1 и 2,.средние выводы делителей 3 и 4 соединены с инвертирующим и неинвертирующими входами усилителя 1, вторые крайние выводы - с выходами , усилителей 1 и 2 и крайними выводами резисторов 6 и 7, общая точка которых соединена с инвертирующим входом усилителя 2, неинвертирующий вход которого соединен с выходной шиной для подключения заземленной нагрузки 14 и первым выводом резистора 8, второй вывод которого соединен с переключающим контактом переключателя 9, замыкающий контакт которого соединен с выходом усилителя 1, а размыкающий контакт - с выходом усилителя 2.

Усилитель 1 совместно с нелинейным и линейным (компенсирующим) делителями 3 и 4 напряжений образуют формирователь стабильного опорного напряжения, независимого от изменений напряжений питания делителей, которое выделяется между вторыми крайними выводами делителей 3 и 4 и подается на дополнительный делитель напряжения.

Усилитель 2 совместно с резистором В образует формирователь выходного тока. В качестве опорного напряжения в формирователе тока используется часть напряжения, снимаемого с одного из резисторов 6 или 7 дополнительного делителя-.

Значение вь1ходного тока 1вых. протекающего по цепи: нагрузка 14 - резистор 8.переключающий и размыкающий контакты переключателя 9 - выход усилителя 2, при выполнении делителя 3 линейным, а делителя 4 - нелинейным, определяется по формуле:

-А. t «-ii(()

.1 Rj -Rg R,-R,j,(R.o R«0 RTRic,()

где Us. Ue, Ui3. Ui4- напряжения на шине5, резисторе 8, источнике ЭДС стабилитрона 13 и нагрузке 14 соответственно:

Re, R, Re, RIO. Rii. Ri2. Г1з - сопротивления резисторов 6-8, 10-12 и динамическое сопротивление стабилитрона 13.

Если выполняется условие Rio- Г1з - Rii-Ri3 0, т.е. RIO/RII Ri2/ri3, тоток , Ui3 Re WTWi

Если переключатель 9 переверти во второе положение, то ток 1вых протекает с выхода усилителя 1 через переключатель 9, резистор 8 в нагрузку 14 и имеет значение

Ui3 R -,.

Направление выходного тока изменяет-. ся на противоположное без изменения полярности напряжения на шине 5.

Когда делитель 3 выполнен нелинейным, а делитель 4 -линейным, то выходной ток при установке переключателя 9 в первое положение находят по формуле

, Ui3 R6 1вых -jr- о RS Re + R

При переводе переключателя 9 во второе положение выходной ток изменяет свое направление и находят по формуле ,Ui3 Ry

° ЖРГГР7При равенстве сопротивления резисторов 6 и 7 выходные токи по абсолютной величине также равны.

Отсутствие в выражениях выходного тока членов, содержащих сопротивление на:

грузки 14 и напряжение на шине 5, свидетельствует о высоких значениях коэффициента стабилизации и выходного сопротивления стабилизатора.

, Работа стабилизатора тока при изменении, например, питающего напряжения на шине 5 происходит следующим образом.

Увеличение питающего напряжения приводит к увеличению напряжений на делителях 3 и 4 тёка через стабилитрон 13, падению напряжения на нем из-за наличия дифференциального сопротивления. Одновременно на такую же величину увеличивается и напряжение на резисторе 11 линейного (компенсирующего) делителя. С помощью усилителя 1 эти приращения напряжений компенсируются, поскольку напряжение на делителе из резисторов 6 и 7 является разностью напряжений стабилитрона 13 и резистора 11.

Часть опорного напряжения,-снимаемого с одного из резисторов 6 или 7 сравнивается с падением напряжения на резисторе 8 с помощью усилителя 2, который обеспечиваёт формирование заданного выходнрго тока.

Аналогично работает стабилизатор и при изменении сопротивления нагрузки.

В результате выходной ток остается практически неизменным, поскольку он определяется стабильным опорным напряжением на резисторе б или 7 и сопротивлением резистора 8, а они сохраняют постоянное значение.

Таким образом, по сравнению с прото. типом предлагаемый стабилизатор постоянного тока имеет более высокие коэффициент стабилизации, выходное сопротивление и широкий динамический диапазон изменения напряжения на нагрузке.

Фор мул а изобретения

Стабилизатор постоянного тока, содержащий первый и второй операционные усилители, линейный и нелинейный делители напряжений, имеющие первый и второй

крайние и средний выводы, измерительный резистор, причем один из делителей напряжения подключен первым крайним выводом к входной шине питания, средним выводом к неинвертирующему входу первого операционного усилителя, вторым крайним выводом - к выходу второго операционного усилителя, а другой из делителей напряжения подключен средним и вторым крайним выводами к инвертирующему входу и выходу первого операционного усилителя соот, ветственно, измерительный резистор первым выводом соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя и выходной шиной для подключения заземленной нагрузки, при этом нелинейный делитель напряжения выполнен на опорном стабилитроне, включенном между средним и вторым крайним выводами делителя, и токозадающем резисторе, включенном между первым крайним и средним выводами делителя, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента стабилизации выходного сопротивления и расширения динамического диапазона, в него введены переключатель и дополнительный линейный делитель напряжения, причем переключатель подключен размыкающим контактом к выходу второго операционного усилителя, замыкающим контактом - к выходу первого операционного усилителя, переключающим контактом - к второму выводу измерительного резистора, дополнительный линейный делитель напряжения подключен средним выводом к инвертирующему входу второго операционного усилителя, а крайними выводами - к выходам первого и второго операционных усилителей, при этом первые крайние выводы нелинейного И линейного делителей напряжения объединены.

/ff:

т

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в прецизион- ных измерительных приборах и устройствах. Цель - повышение коэффициента стабилизации, выходного сопротивления и расширение динамического2-диапазона. Устройство содержит формиро-, ватель опорного напряжения, состоящий из операционного усилителя 1. нелинейного (с опорным стабилитроном) 3 и линейного (компенсирующего) 4 делителей напряжения и дополнительного линейного делителя напряжения на резисторах 6 и 7. а также формирователь выходного тока, состоящий из операционного усилителя 2 и измерительного резистора 8. Поставленная цель достигается тем, что опорное напряжение формируется как разность напряжений нелинейного и линейного делителей. Это позволяет скомпенсировать отклонения напряжения стабилитрона, связанн^ые с изменением напряжения питания нелинейного делителя. Изменение полярности выходного тока осуществляется как изменением положения переключателя, так и изменением между собой мест включения делителей 3 и 4.^2 ил.слсXIО Ч)ю00сл

D

а

/J2

Фиг. 2