Источник опорного напряжения Советский патент 1980 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электро.технике, предназначено для использо вания в качестве источника прямоугольных, стабильных во времени калибруннцих сигналов и может быть использовано в автоматических измерительных системах. Известен источник опорного напря жения, содержащий два замкнутых кон тура регулирования, каждый из которых состоит из компенсационного ста билизатора постоянного напряжения рдзной полярности, и которые поочередно подключаются к выходу источни ка 1. В таком источнике достигается малое выходное сопротивление, однак нельзя получить высоких выходных сигналов требуемой точности хотя бы потому, что выходные электрические ключи не вьвдерживают высоких напряж ний и сам процесс установления напр жений на выходе при высоких напряжениях приводит к существенной погрешности. Наиболее близким к изобретению является источник опорного напряжения, содержащий мост со стабилитронами в двух противоположных плечах и резисторами в двух других плечах. два операционных усилителя, инвертирующий вход одного из которых подключен к аноду , а выход - к катоду одного из стабилитронов, инвертирующий вход другого - к катоду, а выход к аноду другого стабилитрона, и вывод для подключения источника управляющего напряжения, связанный с неинвертирунйцим входом второго операционного .усилителя. В этом источнике достигается высокая степень стабилизации выходных напряжений потому, что в нем дополнительно происходит : взаимная стабилизация рабочих токов стабилитронов, выходное напряжение фактически не зависит от значений резисторов при простом исполнении источника 2 . Однако, в этой схеме источника нельзя получить опорного переменного напряжения пpя « yгoльнoй форма, что ограничивает функциональные возможности использования этого источника. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей источника опорного напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в источник ОПОРНОЕ® напряжения, содержащий мост со стабилитронами в двух противоположных плечах и резисторами в двух других плечах, два операционных усилителя, инверти рующий вход одного из которых подключен к аноду, а выход к катоду однохо нз стабилитронов, инвертирую щий вход другого к катоду, а выход к аноду другого стабилитрона, и вывод для подключения источника управля адего напряжения, связанный с неннвертирующим входом второго операционного усилителя, введены два управляемых генератором тактовьг импульсов ключа, сигнальные входы которых; подключены к выходам операционных усилителей, а выходм связаны с выходным выводом, преобразователь переменного напряжения в постоянное, вход которого соединен с вьжояным вкводомг сравнивающий узел блок эталонного напряжения, причем блок эталонного напряжения подключен к одком входу сравнквакжаего узла, выход преобразователя перемен ного напряжения в постоянное - ко второму вхолу сравнивающего узла, управляющнй вход которого соединен с генератором тактовых импульсов, а выход - с неиавертирующим входом первого операционного усилителя, инвертиру ациЯ интегратор с выборкой н хрананием, вшгод которого подключен к кеикэерткрующему входу второг операднокнрго усилителя, первый вход - к йызсодам ключей, а второй вход - к выводу для подключения ИС точника управляЕКцего напряжения, и дополнительные усилитель и инвертир щий интегратор свысэоркой н хранением, причем инвертирующий вход дополнительного усилителя подключен к вьжодам , а - к выходно му выводу и через дополнительный интегратор с иыбОЕЖой и хранением к своему неннвертирукй1ез 5У входу, а сравнивакв ий узел выполнен на опе рационком усилителе, управляемом ключе , конденсаторе и двух ре зисторах, причем В1лход операцио ного усилителя сравнивающего уз ла соединен с неинвёртирукядкм. входом первого операционного ус.или ля и чераз конденсатор - со своим инвертирующим входом, кото|йзй чере последовательно соединенные управл ьалй Kjffij.4 я первый резистор подключ к ззыходу преобразователи переменно йапряженик в постоянное, точка соад неник управляемого ключа с первш резистором через второй резистор подключена к блоку эталонного напр жения, а неинвертирукадий зкод опер ционногр усилителя сравнивакяцего у ла соединен с общей шиной. На фиг. 1 представлена блок-схе источника опорного напряжения, на фиг, 2 - ва риант выполнения этого источника. Источник опорного напряжения со держит операционный усилитель 1, к инвертирующему входу которого присоединены анод стабилитрона 2 и вывод резистора 3. Выход операцкокного усилителя 1 соединен с катодом стабилитрона 2, с выходами резистора 4 и сигнальным входом ключа 5. Устройство содержит операционный усилитель 6, инвертирующий вход которого присоединен к катоду стабилитрона 7 и ко второму выводу резистора 4. Выход операционного усилителя б присоединен ко второму выводу резистора 3, к аноду стабилитрона 7 и к сигнальному входу ключа 8. Вьзход ключей 5 и 8 соединены вместе и подключены к выходному выводу устройства, который присоединен ко входу преобразователя 9 переменкого напряжения в постоянное, выход которого присоединен к первому входу сравнивающего узла iO, ко второму которого присоединен блок 11 эталонного напряжения. Выход узла 10 присоединен к неинвертирующему входу усилителя 1. Неинвертирующий вход усилителя б соединен с выводом для подключения источника 12 управляющего напряже™ , Устройство содержит еще генератор 13 тактовых импульсов, инвертирукадий интегратор 14 с выборкой и хранением, один вход которого прн соединен к выходам ключей 5 и 8,второй вход - к выводу 12, а выход к неинвертирунх-гдему входу усилителя б. Интегратор 14 содержит, операцнонный усилитель 15, инвертирующий вход которого присоединен через конденсатор 16 к вь1ходу усилителя 15, а через последовательную цепь управляе 4ого кшоча 17 к pSBi-jcTopa 18 к выходу ключей 5 и З.Неккгертирующий вход усилителя 15 ггрксоеднг кен к выводу 12. В устройство введе™ ны дополнительные усилитель 19 и инвертирушций интегратор 20 с выборной к хранением. Усилитель 19 может состоять из усилителя постоянного напряжения 21, к инвертирующему входу которого присоединены одними . йызодами резисторы 22 и 23, причем второй вывод резистора 22 подключен к ВЫ.ЧОЛУ ключей 5. и 8, а второй выводре эисгора 23 подключен к выходу усилителя 21 и к выходному выводу уст ройства. йнтетратор 20 содержит one рационный усилитель 24, иеинвертируюи4йй вход .которого заземлен, а кннертирунжций вход.присоединен к своему выходу через конденсатор 25 и к выходу усилителя 21 через последова-ч тельно включенные управляег лй ключ 26 и резистор 27, Выход усилителя 24 подключен к неинзертируюй ему входу .усилителя 21. Сравнивающий узел 10 содержит операционный усилитель 28, неинвертирукедий вход которого эазем лен, инвертирдющий вход присоединен через конденсатор 29 к cBOeivry эьзходу, а через последовательно включенные

ynpaBjiHeNfcaiS ключ 20 и резистор 31 к выходу преобразователя 9, Точка соединения управляамого КЛРОЧЭ. 30 и резисгора 31 поя1{люч:ена чер-йэ резистор 32 к блоку 11 эталонного напряжения. Преобразователь 3 может состоять из высоковольтного резистора 33, подклнзчекного к точке соединения резис торов 34 и 3-5 f вторые .щз которых соедине-ны между собой через конденсатор 36 и посладователько включенные детекткруюйлИе дкодь; 37 к 38. Точ ка соединения резистора 34 кокден саторч. 36 и д}5Ода 37 присоед гкена к инвертирующему входу операцконкого усилителя 39, кеинвертиругзд й вход которого заземлен,- а выход гфясо&ккнен через когаденсатор 40 к точке со- еднкенкя диодов 37 и 33

Источник опорного напряжения рабо-« тает следующим образом.

На выходе операциояного усклк-гелк 1 создается капряженне, сдвинутое Of нэлряжения его г-еинзерткрующего входа в положительном нггправлеккк на зйачекиа падения напряжения стабялитрона. 2f а на выходе операцнонкого усилителя б создае:сся наггряжекне, сдвинутое от напряжения его неннЕертирующего входа в отрицательном каправлении на значение падения: НсШряженил стабилитрона 7 (падениями напряжений между входами усклителеГ} 1 и 6, как кезначктелькы 4Иг пренебрегаем) Указанные выходные напря хчен«я , усилителей 1кб поочередно передают чвр«з ключи 5 и 8 на выход устройства, либо прямо, либо через усилитель 19, Пряг- оугольыое переманное зыход™ нов напряжение преобразуется в постоянное сглаженное напряжекг е. в преобразователе

сравнивается в срав™кивазацем узле 10 с эта.понны.м гюстоя-гным напряжением, а разность указанных напряжений подается к иеикверти- рующему входу усилктеля 1 в такой, фазе что, аслк вы годное напряжение: превшлает требуемое эначенке,- то вы.ходной сигнал узла 10 отрйцаталышй к уменьшает выходное напряжение усилителя i., В предпочитаемом варианте яспол1Е ения исто гника опорногО напряжения (фиг. 2) сравнившогяий узел 10 реализован s вида суммирующего, инвертирующего интегратора с выборкой и хранением, В этой реализац};н узла 10 сравниваются положнтель«ме дву кполуперХЮдк о детек ткров аи асе выкодное напряжение источника и отрицательное эталонное напряжение поступающее на кнвертиряопгий вход усилителя 18 через резисторы 31 и 32. Разность сравниваемых токоз интегрируется в кктегрируюш.ем гсондеь;сатора 29f смещая соответственно выходное напряжение усилителя 28 н напряжение на неинвертируюгцем нкоде усилителя 1. Еслн зь ходное кагфяжеии источника превьнлает т зебуемое знашние, го и выходное напряжение лребразователя 9 прев Л11ает требуемое

через резистор 31

зкаченке

превьляает ко;мпен:;ац1гО1кый тох через резистор 32, создай(-я на выходе уси лителя:28 измененпо напряжения в отрицательном направлении,- уменьшается соотзетственно выходное постоянное напряжение усилителя 1. переменное кадряжекне на входе к на выходе усилителя 19, пока не достигается уравновешквакке с;5гналов на входе сравниBciomero узла 10, т.е. на кнвертирую1цем входе усилителя 28 токи через разксторы 31 и 3-2 станут абсолютно равными, имея разную полярность. Такая систйма регулировакия является удобной тем, что если грубая стабилизация Бьзходь;ых напряженки усилителей 1 и б достигается в резистивно-стабилитронком мосте 2, 3, 4 и-7,то тонкая регулировка, выполняемая для устраКения малых отклокекг й значения выходного переменного напряжения от заданного, вызванного за счет падения напряжений на ключа ; 5 н 8 j за счет отклонения коэффициента усиления усилителя 19f реализуется малым изменением напряжений ка неинвертирующем входе уснлг теля 1, которое вызывает соответсо вениое изменекие Быходкого переменного напряжения. Такая система гарантирует высокуто no,-vssoyoTOft4KBc cTb к высокую вреKss-sayio cTcio mbHOCTb, так как .система регулирования охвать5вает кэ регули- значения лишь малую .часть и т€гм ca.N-e.-a-4 йалые флуктуации цепи рагулирования вызывают ничтожные из й-йкенйя выходного напряжения .источккка. Введенный в устройство иквер тирумащй интегратор 14 с выборкой и крананиеи служит для того, чтобы .1- улнрОЕать напряженке на неиквертиpyjoineM входе усилителя 6 TSKSSM обpasoMf чтобы постоянная составлягс- . гяай ка вьзходе клнчей ; и 8 равнялась бы значению управляваего капряжеккя

5 на выводе 12, Интегратор 14В процессе регулярованкй выполняегг факгическ54 эквивалентное изменеииа выходного напряжения усилителя 6, как только нs eняeтcя выходное напряжение усилиталя 1,

Инвертирующий интегратор 20 с выборкой и хранением служит обратной csKSH по постоя;-:ному току усняй™ теля 1S,

В IG, 14 и 20 .введешь к.тючи 3Qf 17 и 26 для TorOf чтобы при пода-че на выходной вывод постоянного напряжения., иметь воэможнс-сть сохранить ка управляющик входах операди™ онкь.:-: усилителей 1 и 6 и усилителя 21 прежнее постоянное напряжение. ,Это достигаегся тем, что включаются указанные ключи 30 ,17 и 26 и на выходах усилителей 28, 15 и 24 постоянные , напряжения не могут изменяться

из-за отсутствия тока в конденсате,рах 29, 16 и 25 соответственно. Указанный режим удобен для поверки цепей устройства, так как позволяет определить значения выходных напряжений разных полярностей при помощи ;точного цифрового вольтметра при определенных соотношениях резисторов 32-36 и при необходимости подрегулировать соотношение указанных резисторов, пока выходные напряжения соответствуют требуемым.

Предложенное устройство, кроме усилителя 19 и высоковольтного прецизионного резистора 33, может быть полностью микроминиатюризировано. Точность источника, определяется, кроме точности блока 11 эталонного постоянного напряжения, лишь точностью соотношений резисторов 31, 32 33, 34 и 35,,

Формула изобретения

1. Источник опорного напряжения, содержащий мост со стабилитронами в двух противоположных плечах и резисторами в двух других плечах, два операционных усилителя, инвертирующий вход одного из которых подключен к аноду, а выход - к катоду одного из стабилитронов, инвертирующий вход другого - к катоду, а выход - к аноду другого стабилитрона, и вывод для подключения источника управляющего напряжения, связанный с неинвертирующим входом второго операционного усилителя, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможное.тей, в него введены два управляемых генератором тактовых импульсов ключа сигнальные входы которых подключены к выходам операционных усилителей, а выходы связаны с выходным выводом, преобразователь переменного напряжения в постоянное, вход которого со единен с выходным выводом, сравнивающий узел и блок эталонного напряжения, причем блок эталонного напряжения подключен к одному входу

сравнивающего узла, выход преобразователя переменного напряжения в. постоянное - ко второму входу сравнивающего узла, управляющий вход которого соединен с генератором тактовых импульсов, а выход - с неинвертирующим входом первого операционного усилителя,

2. Источник по п,1, отличающийся тем, что в него введены инвертирующий интегратор с выборкой и хранением, выход которого подключен к неинвертирующему входу второгго операционного усилителя, первый вход - к выходам ключей, а второй вход - к выводу для подключения истоника управляющего напряжения, и дополнительные усилитель и инвертирующий интегратор с выборкой и хранением, причем инвертирующий вход дополнительного усилителя подключен к выходам ключей,, а выход - к выходному выводу и через дополнительный интегратор с выборкой и хранением к своему неинвертирующему входу,

.3. Источник по п.1, отличают и и с я тем, что сравнивающий узел выполнен на операционном усилителе, управляемом ключе, конденсаторе и двух резисторах, .причем выход .операиионного усилителя сравнивающего узла соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя и через конденсатор - со своим инвертирующим входом, который через последовательно соединенные управляемый ключ и первый резистор подключен к выходу преобразователя переменного напряжения в постоянное, точка соединения управляемого ключа с первым резистором через второй резистор подключена к блоку эталонного напряжения, а неинвертирукадсй вход рперационвого усилителя сравнивакяцего узла соединен с общей шиной.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе , 1, Патент США № 3484705, кл, 329-149, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР №445037, кл. G 05 F 1/56, 1972.

7

Пз

U Ш7У W

I:J

D