ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА В ЧАСТОТУ ИМПУЛЬСОВ Советский патент 1971 года по МПК H03M1/60 G01R19/252 

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники.

Известно устройство для нреобразования величины постоянного тока в частоту переменного тока с иснользованием магнитных элементов и транзисторов. Работа их основана на неремагничивании сердечников трансформаторов по частным гистерезисным циклам, амплитуда которых определенным образом связана с величиной преобразуемого тока.

Недостатком этих преобразователей является то, что зависимость частоты автоколебаний от величины управляющего тока является принципиально нелинейной и только за счет снециальных мер может быть приближена к линейной в определенном интервале зпачеппй преобразуемого тока. Однако нри этом обеспечивается весьма невысокая точность преобразования и недостаточная стабильность характеристик нреобразователя.

Целью изобретения является разработка нреобразователя на транзисторах н магн1ггных элементах, имеющего линейную зависимость между частотой автоколебаний и величиной преобразуемого тока, достаточно стабильную характеристику и небольшие погрешности нреобразования.

Эта цель достигается за счет того, что на обоих сердечниках нреобразователя размещещо по одному демпферному каскаду, каждый

из которых содержит транзнстор и две обмотки, охватывающие сердечник, - управляющую и дополнительную рабочую, одноименные выводы которых соединены вместе и подключены к эмнттерным выводам транзисторов. Второй конец рабочей обмоткп подключен через нагрузочный резистор к коллектору транзистора, а BTOpoii вывод управляющей обмоткп подключен через резисторы к базе транзистора, а также к базе составного транзистора, коллектор которого подключен к третьей обмотке, размещенной на другом сердечнике и не входящий в состав демпферпого каскада.

Ма фиг. 1 показана нрннцнниальная схема преобразователя; иа фиг. 2 и фпг. 3 - гпстерезисные циклы, по которым перемагничнваются сердечник.

Преобразователь содержит два идентичных трансформатора на сердечнпках 1 п 2 с обмоткамп 3-6 и 7-10, соответственно, резисторы 11-19, трапзнсторы 20-25 и кнопку 26 запуска. Пптаппе преобразователя осуществляется от источника постоянного напряжения и. Обмоткп . и 10 являются управляюцдими обмотками, обмотки 5 и 9 - дополнительными рабочими, обмотки 6 и 7 - осиовными. собой тем, что в одной из «их изменена полярность всех обмоток на нротивоноложную. Особенность работы преобразователя состонт в том, что неремагничнвание каждого сердечника осуществляется но нредельной петле гистерезиса независимо от величины уиравляюндего тока, причем весь цикл иеремагничивапия состоит из двух этаиов - иодготовителышго и рабочего. На подготовительном этапе сердечник неремагпичивается иод действием .иаиряжеиия U в состояние, иротивоположиос тому, которое создается управляющим током. Для иравильной работы иреобразователя необходимо, чтобы напряжениость иоля в сердечниках, создаваемая уиравляющил токол, в иесколько раз превосходила коэрцитивную силу. На фиг. 2 и фиг. 3 условно показано точками т и г исходное магнитное состояние сердечников / и 2 при протекании некоторого управляющего тока в обмотках 4 и 8. Сердечники / и 2 должиы быть изготовлены из качествениого магннтного матернала с нетлей гистерезиса, близкой к ирямоугольной. Для запуска преобразователя необходимо на короткое время нажать кнопку 26. Нри замыкании контактов кнопки сердечник 1 перемагнитится иод действиел напряжения U до отрицательного насыщения, так что его состояние будет характеризоваться точкой п (см. фиг. 2). Нанряжеииость ноля Я„ оиределяется сопротивлением резистора 15 и величиной нанряження U и должна также в несколько раз превосходить коэрцитивную силу. Нри размыкании контактов кноики 26 в сердечнике 1 начнется рабочий этап перемагничивания нод действием поля //упр в свое пгрвоначальное состояние. Нри отсутствии нагруженных обмоток на этом сердечнике иеремагничивапие произощло бы очепь быстро в режиме задаииого поля. Однако нолярность э.д.с. индуктируемых нри этом в обмотках 3 и 5 такова, что донолнптельный транзистор 20 откр1 1вается и нереход 1т в режим глубокого насыщения. Благодаря этому обмотка 3 оказывается замкнутой Ilia сопротивлепип резистора U, и соиротивление перехода база-эмиттер транзистора 20, а обмотка 5 - па соиротпвление резистора 13 и переход коллектор-эмиттер иасыщенного транзистора 20, сонрот 1вленне которого мало. Тем самыл скорость иеремагничивания будет резко сннжеиа, в чем и cocToirr иазпачеппе де.н1ферио1Ч) каскада. Одновременно с этим э. д. с. обмотки 3 оказывается приложенной через резистор 12 к базе траизистора 23, благодаря чему открывается и переходит в режим иасыщения транзистор 24. вается в состояние, противоположное тому, которое создается иодмагничивающим током, т. е. в этом сердечнике будет протекать подготовительный этаи иеремагничивания. Скорость перемагпичиванпя сердечника / определяется величиной напряжения, ирнложепного к обмотке 5, которое однозначно связано с величиной управляюи;его тока. Можно показать, что зависимость наиряже1НИЯ, определяющего скорость неремагничива1 ия па рабочем этапе, от величины унравляющего тока в общем виде выражается формулой:Г ®4ГзО;,1р I ,; vnp г i L ш, (г., i- гзй-) J с/б - напряжение, индуктируемое в обмотке 5, 4, з - число витков в обмотках 4 и 5, 13 - сопротивление резистора 13, Гз - сопротивление резисторов // и 12, соединенных параллельно. п отношение чисел витков, С - некоторая постоянная величина, зависящая от материала сердечника и иараметров схемы. Нри определенном сочетании параметров С может быть равна нулю. Очевидно, что когда индукция в сердечнике /, увеличиваясь в процессе перемагничивания, достигает уровня иоложительного насыщения, индуктируемые э.д.с. во всех обмотках обратятся в нуль, и это цриведет к закрыванию транзисторов 20 . К этому времени иодготовительный этаи в сердечнике 2 должен завершаться, и его магнитное состояние будет соответствовать положению точки р на фиг. 3 (это условие легко может быть выполнено нутем выбора достаточной величины напряжения питания). Нри закрывании транзистора 24 сердечник 2 будет иеремагничиваться иод действием поля, создаваемого управляющим током, совершепио аналогично тому, как это происходило при перемагпичивапии сердечника /, т. е. начнется рабочий этап. Нрп этом откроются транзпсторы 25 и 21. В первой «половине схемы будет нроходить иодготовительный этаи, в течен 1е которого сердечник 1 будет перемагничиваться иод действием наиряжепия источннка иитания, приложенного к обмотке 6. Но окончании иодготовительиого этапа, заверщение которого нроизойдет раньше, чем закончится иеремагничивание сердечника 2, сердечник / будет неремагиичен в состояние, характеризуемое точкой п на фиг. 2. Когда перемагничивапие сердечника 2 закончится, иовторится процесс неремагничивания сердечника 1 и т. п., т. е. установится автоколеПериод колебаний состоит из суммы длительностей двух рабочих этаиов, которая с учетом формулы (I) будет равна:

fi

W,

I Ф :

/упр + С, (2)

У

+ 1з«

где: Тр - длительность рабочего этапа перемагничивания,

Фз - поток насыщения сардечника. Если учесть, что оба сердечника преобразователя идентичны, зависимость частоты колебаний от управляющего тока будет выражаться формулой:

-- с

(3 + -i3«)

у 3 Г 1з У/о

т 4гУ82ф

Экспериментальное определение характеристики опытного образца преобразователя позало, что зависимость частоты от управляющего тока прямо пропорциональна в диапазоне значений Inp от 20% до 100% по отношению к номинальному с отклонением от линейного закона, не превышающим ±0,2%.

Предмет изобретения

Преобразователь постоянного тока в частоту импульсов, содержащий два трансформатора с основной и управляющей обмотками и составные транзисторы, отличающийся тем, что, с целью повыщення точности преобразования, он содержит два дополнительных транзпстора и дополнительную обмотку в каждом трансформаторе, причем одноименные выводы управляющей и дополнительной обмоток подключены к эмиттерам дополн 1тельпых транзисторов, второй вывод дополнительной обмотки через нагрузочный резистор подключен к коллектору соответствующего дополнительного транзистора, второй вывод управляющей обмоткп через резистор подключен к базе соответствующего дополнительного транзистора и через другой резистор - к базе составного транзистора, коллектор которого соединен с основной обмоткой другого траисформатора.

Нп

упр.

Уиг г

н,

упр

Нп

из 3