Управляемый источник тока Советский патент 1992 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве управляемого стабилизирующего устройства с большим выходным сопротивлением.

Известны управляемые источники тока, содержащие источник входного напряжения, эталонный резистор, заземленную нагрузку и операционный усилитель с изолированным двухполярным источником питания. В известных устройствах отсутствует возможность линейной регулировки уровня выходного тока при заданном уровне входного напряжения 1.

Известны управляемые источники тока 2, содержащие первый и второй источники входного напряжения, первый и второй операционные усилители, пять резисторов, эталонный резистор и заземленную нагрузку. В известном устройстве достигнута иозмож-,- ность линейной регулировки коэффициента передачи входного напряжения в выходной ток, однако, в нем для получения большого выходного сопротивления должны быть выдержаны определенные соотношения между номиналами четырех резисторов.

Наиболее близок к данному техническому решению управляемый источник тока 3, содержащий первый операционный усилитель (ОУ), неинвертирующий вход которого соединен с выводом для подключения первого источника входного напряжения, а выход - с одним из выводов эталонного резистора, другой вывод которого соединен с выводом для подключения заземленной

vj -ч

О

®ю ел

нагрузки, и узел обратной связи с токовым выходом, выполненный на первом и втором резисторах и втором ОУ, питающие шины которого подсоединены к выводам для подключения изолированного двухполярного источника питания, неинвертирующий вход соединен с выводом для подключения заземленной нагрузки, инвертирующий вход со своим выходом и с первым выводом второго резистора, а инвертирующий вход первого ОУ и первый вывод первого ОУ и первый вывод первого резистора соединены с выводом для подключения общего вывода для подключения двухполярного источника питания.

В известном устройстве отсутствует возможность линейной регулировки коэффициента передачи входного напряжения в выходной ток и в нем величина выходного сопротивления зависит от точности настройки номиналов первого и второго резисторов,

Целью изобретения является обеспечение линейной регулировки коэффициента передачи входного напряжения в выходной ток при неизменно высоком сопротивлении устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве второй вывод второго резистора соединен с выходом первого ОУ, а второй вывод первого резистора - с введенным выводом для подключения второго источника входного напряжения.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предложенное устройство отличается тем, что, в нем входные цепи узла обратной связи подключены не к выводам, а к выводам эталонного резистора, а токовый виход узла обратной связи замкнут через выводы первого резистора и второго источника входного напряжения. Новыэ связи позволили получить положительный эффект - исключить необходимое требование по настройке номиналов перого и второго резисторов и обеспечить возможность линейной регулировки коэффициента передачи входного напряжения в выходной ток без снижения выходного сопротивления.

На чертеже представлена электрическая схема устройства.

Управляемый источник тока содержит первый 1 и второй 2 источники входного напряжения, первый 3 и второй 4 ОУ, первый 5 и второй 6 резисторы, эталонный резистор 7, заземленную нагрузку 3 и изолированный двухполярный источник питания 9, 10 второго ОУ 4.

В устройстве первый источник 1 входного напряжения подключен к неинвертирующему входу первого ОУ 3, инвертирующий вход которого через первый резистор 5 подключен к второму источнику 2 входного напряжения. Выход первого ОУ 3 подключен к последовательной цепи из эталонного резистора 7 и заземленной нагрузки 8. Узел обратной связи с токовым выходом содержит второй ОУ 4 с изолированным двухпо- лярным источником питания 9, 10 и второй

резистор б. Выход второго ОУ 4 соединен со своим инвертирующим входом и первым выводом второго резистора 6. Второй вывод второго резистора 6 и неинвертирующий вход второго ОУ 4 образуют входные цепи

узла обратной связи и подключены соответственно к выходу первого ОУ 3 л общей точке эталонного резистора 7 и заземленной нагрузки 8. Токовый выход узла обратной связи, образованный средней точкой

источников питания 9,10, подключен к точке соединения первого вывода первого резистора 5 с инвертирующим входом первого ОУЗ.

Предложенное устройство работает

следующим образом.

При подаче питания на первый и второй ОУ через первый резистор 3 будет протекать ток И, определяемый выражением:

30

h(Ui-U2-e)/Ri,

где Ui и U2 величины напряжений первого 1 и второго 2 источников входного напряжения;

е - напряжение между дифференциальными входами первого ОУ 3;

RI - сопротивление первого резистора 5. Выходной ток в нагрузке 8 будет определяться выражением:

IH UBbix/(Ro + RH) eK/(R0 + RH),

где ивых - выходное напряжение первого ОУ 3;

RO - сопротивление эталонною резистора 7;

RH сопротивление нагрузки 8; К - коэффициент усиления перзого ОУ 3.

Через второй резистор 6 будет протекать ток 12, величина которого пропорциональна напряжению 1)0 на выходах эталонного резистора 7 и определяется выражением:

l2 Uo/R2 lHRo/R2,

где R2 - сопротивление второго резистора 6.

Ток через выходную шину ОУ 4 будит равен

току 12 и в целом выходному току узла обратной связи, вытекающему через среднюю точку изолированногодвухполярногоисточника питания 9, 10, т.к. ток потребления второго ОУ 4 замыкается через источники питания 9, 10 и не вносит искажения в равенство токов 11 12. Решая уравнение для тока нагрузки н при вышеприведенном условии, получаем следующее значение:

lH (Ui-U2)R2(1-y)/RoRi

где у - методическая погрешность,опреде- ляемая влиянием сопротивления нагрузки и конечным значением коэффициента усиления К первого ОУ 3.15

у 1-R0Ri/(R0Ri + R2(Ro + RH)/K).

Анализ выражений показывает, что при большом значении коэффициента усиления 20 первого ОУ 3 методическая погрешность будет близка к нулю, а ток в нагрузке равен:

lH (Ui-U2)R2/RoRi,

Таким образом, в предложенном устройстве выходной ток в нагрузке и соответ- ственно напряжение 1)0 на выходах эталонного резистора 7, равное lHRo, прямо пропорциональны отношению R2/R1 сопро- тивлений второго 6 и первого 5 резисторов, т.е. коэффициент преобразования входных напряжений в выходной ток является линейной функцией сопротивления R2 второго резистора 6. Например, при Ri R2 напря- жение Do на выходах эталонного резистора будет равно разности (Ui-LJ2) входных напряжений первого и второго источников 1 и 2, а при R2 2 RI напряжение 1)0 будет в два раза больше и равно 2 (Ui-U2).

Устройство обеспечивает большое входное сопротивление по первому входному источнику и конечное входное сопротив0

5

0

5

0 5 0

ление по второму входному источнику, определяемое сопротивлением R1 первого резистора 5, и которое может быть достаточно большим.

Выходное сопротивление устройства велико и определяется выражением:

RBb.x (RoRiK/R2 + Ro + RH).

Формула изобретения Управляемый источник тока, содержащий первый операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с выводом для подключения первого источника входного напряжения, а выход - с одним из выводов эталонного резистора другой вывод которого соединен с выводом для подключения заземленной нагрузки, и узел обратной связи с токовым выходом, выполненный на первом и втором резисторах и втором операционном усилителе, питающие шины которого подсоединены к выводам для подключения изолированного двухполярного источника питания, неинвертирующий вход соединен с выводом для подключения заземленной нагрузки, инвертирующий вход- со своим выходом и с первым выводом второго резистора, а инвертирующий вход первого операционного усилителя и первый вывод первого резистора соединены с выводом для подключения общего вывода для подключения двухполярного источника питания, отличающийся тем, что, с целью обеспечения линейной регулировки коэффициента передачи входного напряжения в выходной ток при неизменно высоком выходном сопротивлении, в нем второй вывод второго резистора соединен с выходом первого операционного усилителя, а второй вывод первого резистора - с введенным выводом для подключения второго источника входного напряжения.

Использование: в качестве источника тока с высоким выходным сопротивлением. Сущность изобретения: устр-во содержит два операционных усилителя (ОУ), эталонный резистор, включенный между выходом первого ОУ и выводом для подключения заземленной нагрузки, и два резистора. Питающие шины второго ОУ подключены к выводам для подключения изолированного двух- полярного источника питания, выход соединен со своим инвертирующим входом и через второй резистор - с выходом первого ОУ. Неинвертирующий вход второго ОУ соединен с выводом для подключения заземленной нагрузки. Неинвертирующий вход первого ОУ соединен с выводом для подключения первого источника з одного напряжения, а инвертирующий - непосредственно с общим выводом для подключения двухполярного источника питания и через первый резистор-с выводом для подключения второго источника входного напряжения. Такое построение схемы позволяет при высоком выходном сопротивлении устр-ва обеспечить возможность линейного регулирования коэффициента передачи пходного напряжения в выходной ток. 1 ил. (Л С