Преобразователь напряжения в ток Советский патент 1992 года по МПК H03F3/34 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в.аналоговой вычислительной технике и измерительной аппаратуре для формирования токового выходного сигнала.

Целью изобретения является расширение динамического диапазона изменения преобразуемого напряжения и повышение надежности преобразователя.

На чертеже приведена схема преобразователя напряжения в ток (ПНТ).

ПНТ содержит операционный усилитель (ОУ) 1, эталонный резистор 2, нагрузочный резистор 3, регулирующий транзистор 4, балластный резистор 5, два последовательно включенных источника питания 6 и 7, свободные выводы которых подключены ко входам питания ОУ 1, а общий вывод источников 6 и 7 подключен к базе регулирующего транзистора 4, источник 8 питающего напряжения преобразователя, информационный вход 9.

Преобразователь напряжения в ток работает следующим образом. Входное напряжение подается на вход 9 Относительно шины нулевого потенциала. Через балластный резистор 5 это напряжение прикладывается к базе регулирующего транзистора 4, а через шину нулевого потенциала и эталонный резистор 2 к эмиттеру этого транзистора. Если это напряжение приложено к базе транзистора 4 положительным потенциалом, а к эмиттеру- отрицательным потенциалом,произойдет отпирание эмиттерно-базового p-n-перехода и коллекторной цепи транзистора 4. При этом от плюса источника 8 питающего напряжения через нагрузочный резистор 3, коллекторную цепь транзистора 4, эталонный- резистор 2 и через шину нулевого потенциала к минусу источника 8 питающего напряжения пройдет ток. Протекающий эмиттерный ток создает на эталонном резисторе 2 падение напряжения, которое приложено в противосл

С

о сл о

00

фазе к входному преобразуемому напряжению и является запирающим для регулирующего транзистора 4. По принципу работы транзисторного каскада падение напряжения на эталонном резисторе 2, вызванное прохождением коллекторного тока от источника 8 питающего напряжения, всегда будет меньше величины входного преобразуемого напряжения на величину падения напряжения на эмиттерно-базовом p-n-переходе регулирующего транзистора 4. Для кремниевых транзисторов это напряжение составляет0,4-0,7 В.Ладение напряжения на эмиттерно-базовом переходе регулирующего транзистора 4 создает погрешность преобразования напряжения в ток. В ПНТэта погрешность корректируется автоматически следующим образом.

Эмиттер регулирующего транзистора 4 подключен к неинвертирующему входу ОУ 1, в результате чего напряжение на эмиттер- ном p-n-переходе приложено на вход ОУ 1, который включен в режиме повторителя напряжения. В результате принципа работы ОУ напряжение на балластном резисторе 5 будет равно падению напряжения на эмиттерно-базовом p-n-переходе регулирующего транзистора ,4 и оинфазно суммируется с входным преобразуемым напряжением, приложенным к входу 9. Таким образом, к базе регулирующего транзистора 4 приложено входное напряжение, которое относи- тельно шины нулевого потенциала автоматически увеличено на величину паде- ния напряжения на эмиттерно-базовом р-п- переходе регулирующего транзистора 4. В результате падение напряжения на эталонном резисторе 2 будет равно величине входного преобразуемого напряжения, которое приложено к входу 9 относительно шины нулевого потенциала.

Ток через эталонный резистор 2 определяется по формуле

. UBX + - U э.б ивхm

эр-р .V.U

КобрКобр

где Ь - величина тока, протекающего через эталонный резистор 2, А;

R06p - величина сопротивления эталонного резистора 2, Ом;

UBX - величина входного преобразуемого напряжения, В;

Ua.e. - величина падения напряжения на p-n-переходе транзистора 4, равная напряжению на выходе ОУ 1, В. Ток, протекающий через эталонный резистор 2, является током эмиттера регулирующего транзистора 4. Эмиттерный ток определяет величину коллекторного тока, проходящего через нагрузочный резистор

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

3. Коллекторный ток не зависит практически от величины нагрузочного резистора 3 и от источника 8 питающего напряжения преобразователя, т.е. эмиттерный ток передается в коллекторную цепь. Погрешность передачи эмиттерного тока в коллекторную цепь определяется током базы регулирующего транзистора .4 и может быть вычислена из соотношения

: Д1э 1б 1э-1к , (2)

где 1б - ток базы регулирующего транзистора 4, А;

1э - ток эмиттера регулирующего транзистора 4, А;

1к - ток коллектора регулирующего транзистора 4, А;

/3- коэффициент передачи тока регулирующего транзистора 4, включенного по схеме ОЭ, определяется параметрами транзистора 4.

Относительную погрешность передачи эмиттерного тока в коллекторную цепь можно найти из соотношения

Д э . э

100% ;

100%

(3)

(1+ДУ1э

1 + д 100%.

Соотношение (3) показывает, что увеличение коэффициента (3 уменьшает погрешность передачи эмиттерного тока в коллекторную цепь. Поэтому предпочтительным является применение вместо одного . транзистора 4 составного транзисторного каскада по схеме Дарлингтона, в результате чего величина коэффициента может быть многократно увеличена и таким образом многократно уменьшена погрешность передачи эмиттерного тбка в кол- лекторную цепь. В Качестве первого элемента составного регулирующего транзистора необходимо выбрать транзистор с наибольшим значением параметра Дав качестве последующих элементов - транзисторы, рассчитанные на большую мощность. Оконечный каскад составного регулирующего транзистора рекомендуется устанавливать на теплоотводе. При использовании в качестве регулирующего транзистора типа КТ834А и эталонного резистора величиной 10 кОм величина питающего напряжения может составлять 500 В, а входного преобразуемого напряжения - 250-300 В.

Формула изобретения Преобразователь напряжения в ток, содержащий источник питающего напряжения преобразовател-я, регулирующий

транзистор, к коллектору которого подключен нагрузочный резистор, операционный усилитель, инвертирующий вход которого подключен к информационному входу преобразователя, балластный и эталонный резисторы и два последовательно включенных источника питания, свободные выводы которых подключены ко входам питания операционного усилителя, отличающий- с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона изменения преобразуемого напряжения и повышения надежности, в нем общий вывод последова0

тельно включенных источников питания подключен к базе регулируемого транзистора, свободный вы вод нагрузочного резистора подключен к выходу источника питающего напряжения преобразователя, неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с эмиттером регулирующего транзистора и через эталонный резистор подключен к шине нулевого потенциала, выход и инвертирующий вход операционного усилителя объединены и подключены через балластный резистор к базе регулирующего транзистора.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в аналоговой вычислительной технике и измерительной аппаратуре для формирования токового выходного сигнала. Цель изобретения - расширение динамического диапазона изменения преобразуемого напряжения и повышение надежности работы преобразователя. Преобразователь напряжения в ток содержит операционный усилитель 1, эталонный резистор 2, нагрузочный резистор 3, регулирующий транзистор 4, балластный резистор 5, два последовательно включенных источника питания 6 и 7, источник 8 питающего напряжения преобразователя и информационный вход 9, Достижение поставленной цели обеспечено за счет новых связей между составными элементами преобразователя. 1 ил.