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, калибрующих сигналов и может быть использовано в автоматических измерительных системах. Известен источник опорного напря жения, содержащий два замкнутых кон тура регулирования, каждый из которых представляет собой компенсационный стабилизатор постоянного напр жения разной полярности, и которые поочередно подключаются к выходу ис точника ll. В таком источнике достигается ма лое выходное сопротивление, однако погрешность резистивных делителей стабилизаторов составляет погрешнос источника. Это требует использования дорогих, прецизионных проволочных резисторов, помещенных в активный термостат, что в свою очередь увеличивает время предварительного прогревания источника. Обеспечение требуемых стабильных и точностных характеристик при малых габаритах и точников и при способности выдержат разные воздействия окружающей среды без потери точностных характеристик,, требует применения таких элементов и таких принципов, при которых минимизировано количество элементов,характеристики которых сказываются на параметрах выходных напряжений. Наиболее близким к изобретению техническим решением является источник опорного напряжения, содержащий мост со стабилитронами в двух противоположных плечах и резисторами в двух других плечах, два операционных усилителя, инвертирукяций вход одного из которых подключен к аноду, а выход - к катоду одного из стабилитронов, инвертиругаций вход другого - к катоду, а выход - к аноду другого стабилитрона, и вывод для подключения источника управляквдего напряжения 2. в этом источнике, кроме стабилизации напряжений на стабилитронах, происходит также взаимная стабилизация рабочих токов стабилитронов, достигается малое выходное сопротивление, выходное напряжение фактически не, зависит от значений резисторов при простом исполнении источника, в схеме этого источника, однако

нельзя получить. опорного переменно- го напряжения прямоугольной форк-м, что ограничивает функциональные возможности использования этого источника.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей источника опорного напряжения.

Поставленнай цель достигается тем что в источник опорного напряжения, содержсиднй мост со стабилитронами в двух проткЕоположных; плечах и реЭйсторами в двух других плечах, два onepausiiOHMHK усилителя, инвертирующий вкод одного из которых подключен к:.аноду, а выход - к катоду одного из стабилитроновf инвертирующий вход другого к катоду, а выход - к анодудрухого стабилитрона f и вывод для подк:лг чания источника упра-вляюк;его напряжения, введены два основных и два последова ально соединенных дополнитйльнык кточ&, управляемых генеjsaTopOM тактовых импульсов, эспомогател&я1;йй операционный усилитель, выход s-cQTOporo иолкшзчен к точке соединекий вспомогательных ключей и через дополнительно Введенный конденсаторк своеЕ - йкзерткрующему входу, и две формиругсш.йв RC Цепочки, включенные мейгду в 1&ходкш« BHBO,TJOJV« и нвинвертиру е пим ; эходамн олерац 5О5шык усили. -гелей, выходы которых через основные ключн соадйиейы с зьжодным выводом , 3, через два йополннтельно введенный рвз5«с:тора со сеоиш- неиявертирук 5йш входжта, н со свободньЕ вд вывела- MJS последоватгельно соединеяяых вспомогательныж ключей,, причем кквертнруйймй вход вепомргат.ельного операцнонного усилителя через дрполнительно в.веяеинвй третий резистор подключен к выкoднo 5y выводу а неиавертМрукадай вкод к выводу для подключения источника управлшааего напряжения. - . , йлок-схэма источникаопорного напряжения гфедставлена на чертеже,

Иеточник опорного напряжекия содержит операцйонньйй усилитель 1, к кнвертир тощему входу которого лрксоединены анод стабилитрона 2 и вьюод резистора 3. Вьжод усилителя 1 соединен с катодо} стабилитрона 2, с выводами резисторов 4 и 5 и входом основного кягача б, Неинвертируквднй вход усилителя 1 присоедикен ко вто рому выводу резистора 4 к одному выводу резистора 7 и к одному выводу допйлнительного ключа 8. Источник опорного напряжения содвр йит также операционный усилитель 9, к инвертирующему вкоду которого гурисоединевы катод стабилитрона 10 и второй вывод резистора 5. Выход усилителя 9 присоедккен к аноду стабилитрона 10 ко второму выводу резистора 3, к од,ному выводу резистора 11 и к выводу ; основного ключа 12, Неинзертируюй,ий

вход усилителя 9 присоединен ко вто рому выводу резистора 11, к одному выводу резистора 13 и к выводу дополнительного ключа 14, К выходному выводу устройства присоединены другие выводы основных ключей б, 12, а также одни выводы конденсаторов 15, 16 и резистора 17. Источник опорного напряжения содержит также операционный усилитель 18, к инвертирующему

,. входу которого присоединены другой

выи од резистора. 17 и один вывод конденсатора 13, второй вывод которого присоединен к выходу усилителя 18 и к другим выводам дополнительнглх ключей 8 и 14. Неинверткрующий вход уси

5 лктеля 18 присоединен к выводу для подключения источника управляющего напряжения 20. В устройство входит также генератор тактовых импульсов 21f который управляет работой ключей

§ б 8, 12 и 14.

Работает источник опорного напряжения следующим образом.

На выходе усилителя 1 создается положительное, а на выходе усилитее ля 9 отрицательное стабилизированное напряжение. При этом стабильность разности указанных напряже зкй исключительно высока за счет того, что рабочий ток стабилитронов 2 и 10 стабилизирован, так как рабочий

, ток стабилитрона 2 определяется соотношением сулбглы падений напряжений стабилитрона 10,- дополнительных ключей 8 и 14 и сопротивления резистора 3, рабочий ток ста,бйлитрона 10 опре деяяется соотношением суммы падений напряжений стабилитрона 2, допол,нительных ключей 8 и 14 и сопротивления резистора 5, рабочий ток клю.чса 8 определяется соотношением паде,0 ния напряжения стабилитрона 2 и сопротивления 4, рабочий ток ключа 14 определяется соотношением падения напряжения стабилитрона 10 и сопротивления 11 {пренебрегаем малой

„ разностью напряжений между входами усилителей 1 и 9), Генератор такто-вык |-шпульсов 21 держит ключи 8, 14 постоянно включенными, при генерировании переменных выходных напряжений периодически включает ключ б, выключает ключ 12, выключает ключ б и

включает ключ 12. Ключи 6, 8 и 12,

14 одного типа, соответственно, и

подобраны по температурной зависимости падения напряжения открытого

S ключа. Резисторы 4 и 11 обеспечивают через ключи 8, 14 постоянный ток, равный выходному току через ключи б, 12, На выходном выводе источника создается прямоугольное пеg ре / енное напряжение, полный размах которого Uj..j равен

,.,.-.С

где и, , ..., Ц падения напряи. жения на сооткетствукицих элементах

, 10, ..., 12. При изменении окружакших условий, например температуры, малые, по сравнению с выходныг-ч напряжением, падения напряжения ключей б, 8 и 12, 14 изменяются одновременно, одинаково, а полный размах выходного прямоуголь юго напряжения соответствует Падений напряжений стабилитронов 2 и 10. При неравенстве амплитуд разнополярньлх импульсов равной длительности- или при неравных длительностях разнополярных импульсов равной амплитуды на выходном выводе устройства происходит смещение постоянной составлякнцей выходного напряжения. Любое отличие постоянной составлякхдей от значения управляняцего напряжения на выводе 20 вызывает в резисторе 17 ток,который интегрируется в конденсаторе 19 и вызывает такое смещение потенциала в точке соединения ключей 8, 14, а также на инвертирующих входах и, таким образом, на выходах усилителей 1 и 9, что постоянная составляющая на выходном выводе соответствует требуемому значению.

Например, при питании индуктивного делителя относительно общейшины устройства клемму 20 присоединяют к общей шине и индуктивный делитель может быть прямо присоединен к выходному выводу без опасности потери точности индуктивного делителя за счет холостого постоянного тока.Возможность согласованного подключения источника опорного напряжения к потребителю без введения разделительного конденсатора гарантирует точную передачу прямоугольного переменного напряжения, Резистивно-емкостные цепочки 7, 15 и 13, 16 представляют положительную обратную связь с выхода устройства на неинвертируювдие входы усилителей 1, 9 по переменному

напряжению и служат для повышения скорости изменения выходного напрях ення устоойства при переключениях. Исполнение источника опорного напряжения очень удобно тем, что при заземлении точки соединения включенных ключей 8, 14,сначала при включении ключа 6, выключении ключа 12, а потом при включении ключа 12 и выключении ключа 12, можно замерить выходные напряжения источника на постоянном токе, и тем самым определить эффективные и среднев1лпрямленные значения создаваемого переменно™

го напряжения с точностью преобразования. Учитывая, что нелинейность индуктивных делителей очень мала, ясно, что данный источник опорного напряжения совместно с индуктивным делителем-представляет компактное, надежное, транспортабельное, эталонное устройство переменных напряжений,соответствуюгцее высоким современным метрологическим требованиям.

to

Формула изобретения

Источник опорного напряжения, содержащий мост со стабилитронами в

5 двух противоположных плечах и резисторами в двух других плечах, два операционных усилителя, инвертирукндий вход одного из которых подключен к аноду, а выход - к катЪду одного из стабилитронов, инвертируюций- вход другого - к катоду, а выход - к аноДУ другого стабилитрона, и вывод для подключения источника управляющего напряжения, отличающийся тем, что, с целью расширения Функцио5нальных возможностей, в него введены два основных и два последовательно соединенных дополнительных ключа, управляемых генератором тактовых импульсов , вспомогательный операцион0ный усилитель, выход которого подключен к точке соединения вспомогательных ключей и через дополнительно введенный конденсатор - к своему инвертируюадем входу, и две формйрукядие

5 КС-цепочки, включенные между выходным выводом и неинвертируквдими входами операционных усилителей, выходы которых через основные ключи соединены с выходны ВЫВОДОМ, а через два дополнительно введенных резистора со своими неинвертирующими входами и со свободными выводами последовательно соединенных вспомогательных ключей, причем инвертирунвдий вход вспомогательного операционного усили5теля через дополнительно введенный третий резистор подключен к выходному выводу, а неинвертирующий вход к выводу для подключения источника управляющего напряжения.

0

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3484705, кл, 329-149, 1972.

2.Авторское свидетельство СССР

5 J 445037, кл. G 05 F 1/56, 1972.

V

.- tttt1II t