Стабилизатор двуполярных импульсов тока Советский патент 1979 года по МПК G05F1/12 H03K5/03 

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника электропитания разл ичных устройств, в том числе тензометрических и термометрических измерительных сис: тем.

Известен стабилизатор тока на транзисторе, эмиттер которого соединен с нулевой шиной через эталонный резистор, база подключена к источнику опорного напряжения, в качестве которого может быть использован стабилитрон, а в цепь коллектора включен резистор нагрузки 1.

Недостатком известного стабилизатора тока является низкий коэффициент стабилизации, а также невозможность стабилизировать токи различных полярностей.

Наиболее близким по технической.суш,ности и достигаемому результату к изобретению является стабилизатор двухполярных импульсов тока, содержащий операционный усилитель, двухполярный источник напряжения для питания операционного усилителя, эталонный резистор, включенный между.выходом операционного усилителя и одним из выводов для подключения нагрузки, источник управляющих импульсов опорного напряжения, выход которого включен между точкой соединения эталонного резистора с указанным выводом для подключения нагрузки и неинвертирующим входом операционного усилителя 2.

Недостатком такого стабилизатора является невозможность стабилизации тока различной полярности. Кроме того, при использовании такого стабилизатора для стабилизации импульсов тока питания измерительных схем, в которых для повышения точности измерений необходима развязка пе постоянному току измерительных цепей от сети питания, является либо низкой помехоустойчивость схемы, либо увеличивается сложность источника питания операционного усилителя (например, в тензометрических измерительных схемах). Действительно операционный усилитель стабилизатора должен при этом иметь развязанный от остальных цепей источник питания. Причем для устранения влияния импульсных помех источник питания усилителя должен иметь минимальную емкость между сетью питания и цепями питания операционного усилителя, чего достичь достаточно сложно (необхОл1имо использовать, например, пьезоэлектрические трансформаторы, трансформатор с объемным витком и пр.).

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей стабилизатора двухполярных импульсов тока.

Для этого в стабилизаторе двухполярных импульсов тока, содержащем операционный усилитель, двухполярный источник напряжения для питания операционного усилителя, эталонный резистор, включенный между выходом операционного усилителя и одним из выводов для подключения нагрузки, источник управляющих импульсов опорного напряжения, выход которого включен между точкой соединения эталонного резистора с указанным выводом для подключения нагрузки и неинвертирующим входом операционного усилителя, он снабжен трансформатором двухполярных импульсов напряжения с первичной и, по крайней мере, двумя вторичными обмотками, двумя МОП-транзисторами, а источник управляющих импульсов двухполярного напряжения выполнен на параметрических стабилизаторах положительного и отрицательного напряжен.ий, каждый из которых состоит из стабилитрона, ограничительного резистора и делителя опорного напряжения, причем крайние выводы первой вторичной обмотки трансформатора соединены с затворами упомянутых МОП-транзисторов, средний вывод соединен с истоками МОП-транзисторов и с неинвертирующим входом операционного усилителя, стоки МОП-транзисторов соединены с соответствующими выходами делителей опорного напряжения параметрических стабилизаторов положительного и отрицательного напряжений, входы которых соединены с выводами второй вторичной обмотки трансформатора, а выход операционного усилителя соединен с его инвертирующим входом, трансформатор снабжен третьей и четвертой вторичными обмотками, подключенными одними выводами к соответствующим крайним выводам первой вторичной обмотки согласно, а другими выводами через диоды соединены с объединенными подложками МОП-транзисторов, в качестве двухполярного источника напряжения использован двухполярный выпрямитель, вход которого соединен с пятой дополнительно введенной обмоткой трансформатора, а трансформатор снабжен щестой вторичной обмоткой, включенной между общей точкой двухполярного источника напряжения и другим выводом для подключения нагрузки.

На чертеже изображен стабилизатор двухполярных импульсов тока,принципиальная электрическая схема.

Стабилизатор двухполярных импульсов тока содержит операционный усилитель. 1, двухполярный источник 2 напряжения для питания-операционного усилителя 1, эталонный резистор 3, включенный между выходом операционного усилителя и одним из выводов для подключения нагрузки, источник управляющих импульсов опбрного напряжения, выполненный на параметрических стабилизаторах, каждый из которых состоит соответственно из стабилитронов 4, 5, ограничительных резисторов 6, 7 и делителей опорного напряжения на резисторах 8, 9 и 10, II, трансформатор 12 двухполярных импульсов напряжения с первичной 13 и щестью вторичными 14-19 обмотками и два МОП-тран.. зистора 20, 21, причем крайние выводы обмотки 14 соединены с затворами транзисторов 20, 21 и с неинвертирующим входом усилителя 1, стоки транзисторов 20, 21 соединены с соответствующими выходами делителей опорного напряжения, входы которых

5 соединены с выводами обмотки 15, одни выводы обмоток 16, 17 подключены к крайним выводам обмотки 14, а другие через диоды 22, 23 - к подложкам транзисторов 20, 21, в качестве двухполярного источника напряжения использован двухполярный выпрямитель 24, входом подключенный к крайним выводам обмотки 18, а выходом - к последовательно соединенным конденсаторам 25, 26, при этом средняя точка обмотки 18 соединена через обмотку 19 с другим ёыводом для

5 подключения нагрузки.

Стабилизатор двухполярных импульсов тока работает следующим образом.

При отсутствии импульсов питания нагрузки на первичной обмотке 13 трансформатора 12, на вторичных обмотках трансформатора 12 напряжения нет, схема стабилизатора тока, включая и цепи питания операционного усилителя I, обесточена и не потребляет энергии.

При подаче в первичную обмотку трансформатора, положительного импульса, на вторичной обмотке питания нагрузки 19 трансформируется положительный импульс. Одновременно на щинах питания операционного усилителя появляется напряжение питания, снимаемое с обмотки 18 и выпрямленное мостовой схемой 24. Начинает протекать ток по цепи, состоящей из резистора нагрузки, эталонного резистора 3, выхода шин питания операционного усилителя 1, обмотки 18 питания операционного усилителя и обмотки 19 питания нагрузки.

5 Одновременно положительный импульс с

выхода обмотки 15 трансформатора подает ся на источник управляющих импульсов

опорного напряжения, состоящий из резисторов 6, 7 и стабилитронов 4, 5. При этом стаQ билитроном 4 будет выделен стабилизированный импульс напряжения.

Кроме того, отрицательный импульс напряжения, снимаемьш с половины обмотки 14, открывает транзистор 21, подключая средний вывод резистора 8 делителя опорного

5 напряжения к неинверсному входу операционного усилителя 1. Операционным усилителем производится сравнение падения напряжения на эталонном резисторе 3 и опорного ({апряжения, выделяемого стабилитроном 4

и снимаемого со среднего вывода резистора 8, что приводит к изменению напряжения на выходе операционного усилителя относительно его шин питания. Это изменение напряжения изменяет ток в нагрузке, так как оно включено последовательно с обмоткой 19 питания нагрузки. Напряжение между выходом операционного усилителя и его шинами питания, а следовательно, и ток, протекающий через резистор нагрузки, изменяется до тех пор, пока падение напряжения на эталонном резисторе 3 не сравняется с напряжением источника опорного напряжения. А так как эталонный резистор 3 включен последовательно с резистором нагрузки, через этот резистор будет протекать стабилизированный ток в течение действия положительного импульса питания нагрузки ..... .

При изменении полярности импульса в первичной обмотке 13 трансформатора 12, на обм.отке 1-9 питания нагрузки будет трансформироваться отрицательный импульс. Вышеописанный процесс стабилизации теперь уже отрицательного импульса тока в нагрузке повторяется, так как отрицательным импульсам с половины обмотки 14 открывается транзистор 20, подключая к инверсному входу операционного усилителя 1 отрицательное опорное напряжение, выделяемое стабилитроном 5.

Резисторами 9, 11 осуществляется грубая а резисторами 8, 0 - точная независимая регулировка значений положительного и отрицательного опорных напряжений, подаваемых на неинверсный вход операционного усилителя, что приводит к независимой регулировке тока в нагрузке в течение действия положительного и отрицательного импульсов.

Так как для нормальной работы МОПтранзисторов напряжение на подложке каждого транзистора должно быть более положительным относительно всех остальных электродов транзистора, это напряжение выделяется выпрямительными диодами 22 и 23 с обмоток 16 и 17 последовательно и согласно включенных с обмоткой 14. ,

Применение данного стабилизатора двухполярных импульсов тока позволяет при незначительном усложнении схемы получить качественно новую функциональную возможность - стабилизировать импульсы тока, изменяющихся по направлению. При существующей тенденции все более широкого использования импульсного питания параметрических датчиков и измерительных схем данное устройство позволит значительно повысить точность измерения без существенного усложнения цепей импульсного питания. Формула изобретения

1. Стабилизатор двухполярных импульсов тока , содержащий операционный усилитель, двухполярный источник напряжения для питания операционного усилителя, эталонный резистор, включенный между выходом операционного усилителя и одним из выводов для подключения нагрузки, источник управляющих .импульсов опорного напряжения, вьтход которого включен между точкой соединения эталонного резистора с указанным выводо.м для подключения нагрузки и

неинвертирующим входом операцио.нного усилителя, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей стабилизатора, он снабжен трансформатором двухполярных импульсов напряжения с первичной и, по. крайней мере, двумя вторичными обмотками, двумя МОП-транзисторами,

а источник управляющих импульсов опорного напряжения выполнен на параметрических стабилизаторах положительного и отрицательного напряжений, каждый из которых состоит из стабилитрона, ограничительного резистора и делителя опорного напряжения, причем крайние выводы первой вторичной обмотки трансформатора соединены с затворами упомянутых МОП-транзисторов, средний вывод соединен с истоками МОПтранзисторов и с неинвертирующим вход,ом операционного усилителя, стоки МОП-транзисторов соединены с соответствующими выходами делителей опорного напряжения параметрических стабилизаторов положительного и отрицательного напряжений, входы которых соединены с выводами второй вторичной обмотки трансформатора, а выход операционного усилителя соединен с его инвертирующим входом.

2.Стадилизатор по п. 1, отличающийся тем, что трансформатор снабжен третьей и четвертой вторичными обмотками, подключенными одними выводами к соответствующим крайним выводам первой вторичной обмotки согласно, а другими выводами через диодысоединены с объединенными подложками МОП-транзисторов.

3.Стабилизатор по пп. I и 2, отличающийся тем, что в качестве двухполярного источника напряжения использован двухполярный выпрямитель, вход которого соединен с пятой дополнительно введенной обмоткой

трансформатора.

4.Стабилизатор по пп. 1, 2 и 3, отличающийся тем, что трансформатор снабжен шестой вторичной обмоткой, включенной между общей точкой двухполярного источника напряжения и другим выводом для подключения нагрузки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 514281, кл. G 05. F 1/56, 1975. 2. Журнал «Электроника (США), 1976, № 1, с. 65-66.