Стабилизатор напряжения для калибровки преобразователей лазерного излучения Советский патент 1982 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к области фотометрии, а именно к области измерений мощности излучения лазеров, и может быть использовано для построения блоков калибровки первичных измерительных преобразователей лазерного излучения эталонных установок.

Известны стабилизаторы напряжения для калибровки преобразователей лазерного излучения, содержащие источник питания, параллельно которому через регулируемое сопротивление включены регулируемый элемент и обмотка замещения преобразователя 1, 2.

Недостатком известных устройств является то, что их невозможно использовать в комплексах различных эталонов из-за недостаточной мощности при увеличеиии внешией иагрузки блока.

Наиболее близким техническим рещением к изобретению является стабилизатор напряжения для калибровки преобразователей лазерного излучения, содержащий источник питания, параллельно которому через регулируемое сопротивление включены регулируемый элемент с основным полевым транзистором и обмотка замещения преобразователя, общие точки которых соедииены друг с другом и с общими точками источника питания и источника регулируемого опорного напряжения. Затвор основного полевого транзистора связан с выходом дифференциального усилителя, один из входов которого связан с обмоткой замещення преобразователя, а другой - с выходом источника регулируемого опорного напряжеиия 3.

Недостатками устройства являются относительно низкая точность калибровки и

малый диапазон применения, так как оно обеспечивает достаточную мощность калибровки при величине сопротивления внешней нагрузки порядка 7 Ом. Потребность же современных эталонных установок в величине сопротивления внещней нагрузки блока калибровки превосходит 100 Ом. Кроме того, в известном блоке калибровки за счет низкого значения мощности калибровки снижается и точность калибровки из-за

влияния потерь в подводящих проводах, а также в переходных сопротивлениях коитактов разъемов.

Цель изобретения - повышение точности калибровки и расщиренне диапазона

калибровки.

Эта цель достигается тем, что в предложенном стабилизаторе напряжения для калибровки преобразователей лазерного излучения,.содержащем источник питания, параллельно которому через регулируемое

сопротивление включены регулируемый элемент с основным полевым транзистором и обмотка замещения преобразователя, общие точки которых соединены друг с другом и с общими точками источника питания и источника регулируемого опорного напряжения, затвор основного полевого транзистора связан с выходом дифференциального усилителя, один из входов которого связан с обмоткой замещения преобразователя, а другой с выходом источника регулируемого опорного напряжения, введены дополнительные полевые транзисторы, дополнительные регулируемые сопротивления, эмиттерный повторитель, дополнительный дифференциальный усилитель, делитель напряжения, два усилительных каскада. Дополнительными полевыми транзисторами, подключенными последовательно истоком к стоку основного полевого транзистора, снабжен регулируемый элемент. Затвор каждого оополнительного полевого транзистора связан через дополнительное регулируемое сояротивление с затвором следующего за ним в последовательной цепи дополнительного полевого транзистора. При этом затвор первого из них связан через дополнительное регулируемое сопротивление с выходом эмиттерного повторителя, вход которого связан с выходом дифференциального усилителя, сток основного полевого транзистора связан с одним из входов дополнительного дифференциального усилителя, второй вход которого подключен к выходу делителя напряжения, включенного параллельно регулируемому элементу. Выход дополнительного дифференциального усилителя связан со входом первого усилительного каскада, выход которого связан со входом второго усилительного каскада, выход которого связан с затвором последнего из цепи дополнительных полевых транзисторов регулируемого элемента.

На чертеже показана принципиальная схема устройства.

Устройство содержит источник питания 1, параллельно которому через регулируемое сопротивление 2 включен регулируемый элемент 3, содержащий основной полевой транзистор 4 и группу последовательно с ним соединенных дополнительных полевых транзисторов 5 и 6. Параллельно регулируемому элементу 3 включена обмотка замещения преобразователя 7. Устройство содержит также источник регулируемого опорного напряжения 8. Затвор транзистора 4 элемента 3 связан с выходом дифференциального усилителя 9, один из входов которого связан с обмоткой замещения преобразователя, а другой - с выходом источника напряжения 8. Дополнительные полевые транзисторы элемента 3 включены пО следовательно друг с другом и с транзистором 4. Затвор каждого дополнительного полевого транзистора связан через дополнительные регулируемые сопротивления 10 и И с затвором следующего за ним из последовательной цепи полевых транзисторов. При этом затвор транзистора 5 связан через дополнительное регулируемое сопротивление 12 с выходом эмиттерного повторителя 13, вход которого связан с выходом усилителя 9, а его общая точка связана с общей точкой источника питания I через

дополнительный источник питания 14. Исток транзистора 5 в цепи полевых транзисторов связан с одним из входов дополнительного дифференциального усилителя 15, второй вход которого подключен к выходу делителя напряжения 16, выполненного на сопротивлениях 17 и 18. Делитель напряжения 16 включен параллельно элементу 3. Выход усилителя 15 связан со входом первого усилительного каскада 19, общая точка которого связана с общей точкой источника питания I, а выход - со входом второго усилительного каскада 20 и через .нагрузку 21 с дополнительным источником питания 22. Выход второго усилительного каскада 20

связан с затвором последнего в цепи транзисторов 6 элемента 3.

Устройство работает следующим образом.

При включении источника питания 1 его

напряжение поступает на делитель напряжения, одним плечом которого является сопротивление 2, а другим - параллельно включенные делитель напряжения 16, регулируемый элемент 3 и обмотка замещения

преобразователя 7. Напряжение на втором плече делителя сравнивается с напряжением источника напряжения 8 с помощью усилителя 9. Если сравниваемые напряжения не равны между собой, возникающий

сигнал рассогласования усиливается усилителем 9 и пош,ается на элемент 3, непосредственно на затвор транзистора 4 и через эмиттерный повторитель 13 и сопротивления 10, И и 12 - на затворы всех транзнсторов 5, 6. При этом величина сигнала рассогласования на затворах всех транзисторов 5, 6 практически равна величине сигнала рассогласования на затворе транзистора 4, поскольку коэффициент передачи эмиттерного повторителя 13 близок, к единице.

Поскольку полевые транзисторы элемента 3 работают в режиме управляемых сопротивлении, сигналы на затворах синфазно изменяют их активные сопротивления. При этом напряжение источника 1 перераспределяется между сопротивлением 2с одной стороны и параллельно включенными

элементами 16, 3 и 7 с другой стороны. Изменение сопротивления элемента 3 и связанное с этим перераспределение напряжения источника питания 1 происходят до тех пор, пока напряжение не станет равным напряжению источника напряжения 8.

Нормальная работа регулируемого эле-мента 3 обеспечивается в случае, если на-пряжение «сток-исток каждого из включенных в последовательной цепи транзисторов 4, 5, 6 меньше значений напряжения отсечки у этих транзисторов. Соблюдение этого условия в статическом режиме работы, т. е. при неизменном значении напряжения на внешней нагрузке, достигается выбором напряжения на элементе 3, не превышающем значения, равного сумме напряжений отсеЧки всех транзисторов 4, 5, 6, а также регулировками сопротивлений 10, 11, 12 и сопротивлений в усилительных каскадах 19 и 20. Если напряжения отсечки последовательно включенных в регулируемом, -элементе 3 транзисторов 4, 5, 6 равны между собой, то величины регулируемых сопротивлений 10, 11, 12 устанавливаются равными между собой. Тогда активные сопротивления транзисторов 4, 5 и 6 и соответственно падения напряжения на них оказы:ваются также равными друг другу.

В динамическом режиме работы, т. е.. при изменении напряжения на внешней нагрузке, обусловленном, в частности, необходимостью изменения в несколько раз мош,:ности калибровки первичного измерительлого преобразователя лазерного излучения в составе эталонных установок высшей точности, возникает резкое запирание (или отпирание) транзисторов 5 и 6, что может :привести к нарушению нормальной работы элемента 3 и, как следствие, к нарушению нормальной работы блока калибровки в .целом.

Обеспечение нормальной работы блока калибровки в динамическом режиме при изменении напряжения на внешней нагрузке в широком диапазоне достигается с помощью дифференциального усилителя 15: сравнением сигналов на стоке транзистора 4 и на выходе делителя напряжения 16 с последующим усилением сигнала рассогласования усилителем 15 и его подачей через усилительные каскады 19 и 20 на затворы всех транзисторов 5, б и, таким образом, изменением напряжения на стоке транзистора 4 до тех пор, пока его напряжение «сток-исток не сравняется с напряжением на выходе делителя напряжения 16. При этом напряжения на затворах всех транзисторов 5, 6 автоматически устанавливаются такими, что активные сопротивле.ния этих транзисторов, а следовательно, и падения напряжения на них уравниваются.

Предлол енный стабилизатор позволяет :при создании первичных измерительных преобразователей лазерного излучения для эталонных установок высшей точности уве.личить в десятки раз сопротивление обмотки замещения калибруемого первичного измерительного преобразователя, что, в свою ючередь, во столько же раз ослабляет влияние сопротивления длинных подводяш,их проводов от блока калибровки к обмотке замещения, а также переходных сопротивлений в контактах выходного разъема блока калибровки и в результате повышает точность калибровки. При этом стабильность напряжения на внешней нагрузке во Бремени, а также при изменении температуры окружающей среды, напряжения питающей сети и других дестабилизирующих факторов, не ухудшается.

Формула изобретения

15

Стабилизатор напряжения для калибровки преобразователей лазерного излучения, содержащий источник, питания, параллельно которому через регулируемое сопротивление включены регулируемый элемент с основным полевым транзистором и обмотка замещения преобразователя, общие точки которых соединены друг с другом и с общими точками источника питания и источника регулируемого опорного напряжения, затвор основного полевого транзистора связан с выходом дифференциального усилителя, один из входов которого связан с обмоткой замещения преобразователя, а другой - с выходом источника регулируемого опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности работы и расширения диапазона калибровки, в него введены дополнительные полевые

транзисторы, дополнительные регулируемые сопротивления, эмиттерный повторитель, дополнительный дифференциальный усилитель, делитель напряжения, два усилительных каскада, причем дополнительными полевыми транзисторами, включенными последовательно своим истоком к стоку основного полевого транзистора снабжен регулируемый элемент, и затвор каждого дополнительного полевого транзистора связан через дополнительное регулируемое сопротивление с затвором следующего за ним в последовательной цепи дополнительного полевого транзистора, при этом затвор первого из них связан через дополнительное

регулируемое сопротивление с выходом эмиттерного повторителя, вход которого связан с выходом дифференциального усилителя, сток основного полевого транзистора связан с одним из входов дополнительного дифференциального усилителя, второй вход которого подключен к выходу делителя напряжения, который включен параллельно регулируемому элементу, а выход дополнительного дифференциального усилителя связан со входом первого усилительного каскада, выход которого связан со входом второго усилительного каскада, выход которого связан с затвором последнего из цепи дополнительных полевых транзнсторов регулируемого элемента.

Источники, информации, принятые BQ внимание при экспертизе:

1. ГОСТ 8.275-78. Государственный первичный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств измерений средней мощности лазерного излучения в диапазоне длин волн 0,3-12,0 мкм. Госстандарт.

2.ГОСТ 8276-78. Государственный спе-циальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств измерений энергии, импульсного лазерного излучения в диапазоне длин волн 0,3-12,0 мкм. Госстандарт.

3.Загорский Я. Т. Прецизионный источник напряжения и тока, «Измерительная, техника, № 6, 1978, с. 32 (прототип).