Источник опорного напряжения Советский патент 1981 года по МПК G05F1/56 

(54) ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

t

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника стабильных во времени калибрующих сигналов синусоидальной формы и автоматических измерительных системах.

По основному авт. св. 773591 известен источник опорного напряжения, содержащий мост со стабилитронами в двух противоположных плечах и резисторами в двух других плечах, два операционных усилителя, инвертирующий вход одного иэ которых подключен к аноду, а выход - к катоду одного из стабилитронов, инвертирующий вход другого - к катоду, а выход к аноду другого стабилитрона, выход для подключения источника управляющего напряжения, связанный с неинвертирующим входом второго операционного усилителя, два управляекых 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 соединен с выходным выводом, сравнивающий узел и блок эталонного напряжения, причем, блок эталонного

напряжения подключен к одному входу сравнивающего узла, выход преобразователя переменного напряжения в по. стоянное - ко второму входу сравнивающего узла,управляющий вход которого соединен с генератором тактовых импульсов, а выход - с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, а также содержащий инвертирующий интегратор с выборкой и хранением,выход которого подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилителя, первый вход - к выходам ключей, а второй вход - к выходу для подключения источника управляйщего напряжения,,и дополнительные усилитель и инвертирукт ий интегратор с выборкой и хранением, причем инвертирующий вход дополнительного усилителя подключен к выходгш ключей, а выход - к выходному выводу и через дополнительный интегратор с выборкой и хранением - к своему неинвертирующему входу. Сравнивающий узел выполнен на операционном усилителе, управляемом ключе, конденсаторе и двух резисторах, при этом :выход операционного усю1ителя сравнивакнцего узла соединен с неинвертирукицим входом первого операционкого 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 управляющего ключа с первым резистором через второй резистор подключена к блоку эталонного напряжения, а неинвертирующий вход операционного усилителя сравнивающего узла соединен с общей шиной {1.

Недостатком этого устройства является узость функциональных возможностей. Во многих устройствах требуется получение синусоидального выходного напряжения, т.е. отсутствие высших гармонических составляющих (например, при поверке низкочастотных тракторов с неопреяеленными характеристлками на высишх частотах и т.д.) При разных исследованиях желательно иметь как прямоугольные, так и синусоидальные выходные напряжения ис.точника опорного переменного напряжения (например, при исследовании детектирующих устройств).

Цель изобретения - расширение фунциональных возможностей источника опорного напряжения.

Эта цель достигается тем, что в источник опорного напряжения введены узел с переменным во времени коэффициентом передачи и фильтр нижних частот, управляемые входы которых подключены к генератору тактовых импульсов, причем сигнсшьный вход узла с переменным во времени коэффициетом передачи подключен к выходам ключей, выход - ко входу фильтра нижних частот, выход которого соединен с выходным выводом.

При этом узел с переменным во времени коэффициентом передачи выполнен на суммирующем операционном усилителе, инвертирующий вход которого подсоединен к выходу суммирующего операционного усилителя через дополнительно введенный первый резистор, а к выходам ключей - через дополни-. тельно введенный второй резистор, и трех параллельно включенных цепочках из первых управляемых ключей и дополнительных резисторов, причем точки соединения первых управляемых ключей и дополнител-ьных резисторов подключены через дополнительно введег ные вторые управляемые ключи к нейнвертирующему входу суммирующего операционного усилителя, а управляемые входы всех управляемых ключей подключены к генератору тактовых импульсов.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2вариант выполнения этого устройства; на фиг. 3 - зависимость формы токового сигнала через второй резистор от времени; на фиг. 4 - зависимость формы токового сигнала через дополнительный резистор первой параллельной цепочки от времени; на фиг. 5 - зависимость формы токового сигнала через дополнительный резистор второй параллельной цепочки от времени; на фиг. 6 - зависимость формы токового сигнала через дополнительный резистор третьей параллельной цепочки от времени; на

0 фиг. 7 - зависимость формы напряжения на выходе суммирующего операционного усилителя от времени.

Источник опорного напряжения содержит операционный усилитель 1, к

5 инвертирующему входу которого подсоединены анод стабилитрона 2 и выход резистора 3. йлход операционного усилителя .1 соединен с катодом стабилитрона 2, с выводом резистора 4 и сигнальным входом ключа 5. Уст0ройство содержит еще операционный усилитель 6, инвepтиps oщий вход которого подсоединен к катоду стабилитрона 7 и ко второму выводу рюзистора 4. вход операционного усилителя

5 6 подсоединен ко второму выводу резистора 3, к аноду стабилитрона 7 и к сигнальному входу ключа 8. Выходы ключей 5 и 8 соединены вместе и подключены ко входу узла 9 с пере0менныгл во времени коэффициентом передачи. Выход узла 9 подсоединен ко входу фильтра 10 нижних частот. Выход фильтра 10 подключен к выходному выводу устройства, который подсо5единен ко входу преобразователя 11 переменного напряжения в постоянное, выход которого подсоединен к первому входу сравнивающего узла 12, ко второму входу которого подсоединен блок

0 13 эталоннного напряжения. Выход узла 12 подсоединен к неинвертирующему входу усилителя 1. Неинвертирующий вход усилителя 6 соединен с выводом для подключения источника 14 управляющего напряжения. Устройство со5держит еще генератор 15 тактовых импульсов, который соединен с управляемыми входами узла 9 с переменным во времени коэффициентом передачи. Узел 9 с переменным во времени коэф0фициентом передачи состоит из суммирующего операционного усилителя 16, инвертирующий вход которого подключен к выходам ключей 5 и 8 через второй резистор 17 и через параллель5но включенные цепочки последовательно соединенных ключа 18 и резистора 19, ключа 20 и резистора 21, ключа 22 и резистора 23. Неинвертирующий вход операционного усилителя 16

0 соединен с общей точкой ключа 18 и разистора 19 через ключ 24, с общей точкой ключа 20 и резистора 21 через ключ 25, с общей точкой ключа 22 и резистора 23 через ключ 26. Инвертирующий вход операционного уси5лителя 16 подключен к своему выходу через первый резистор 27. Неинвертирующий вход операционного усилителя 16 может быть подключен к об щей шине источника. Источник опорного напряжения раб тает следующим образом. На выходе операционного усилителя 1 создается напряжение, сдвинутое от напряжения его неинвертирукидего входа в положительном направлении на значение падения напряжения стабилитрона 2, а на выходе опе рационного усилителя б создается напряжение, сдвинутое от напряжения его неинвертирующего входа з отрицательном направлении на значение падения напряжения стабилитрона 7 (падениями напряжений между входами усилителей 1 и 6, как незначительными, пренебрегаем). Указанные выходные напряжения усилителей 1 и 6 поочередно передают через ключи 5 и 8 на вход узла 9 с переменным во времени коэффициентом передачи, а потом через фильтр 10 нижних частот на выход устройства. Полученное синусоидальное выходное напряжение пр образуется в постоянное сглаженное напряжение в преобразователе 11, ср нивается в сравнивающем узле 12 с э лонным постоянным напряжением, а раз ность указанных напряжений подается к неинвертирующему входу усилителя в такой фазе, что, если выходное на пряжение превышает требуемое значение, то выходной сигнал узла 12 отрицательный и уменьшает выходное на пряжение усилителя 1. в предлагаемо варианте исполнения источника опорного напряжения (фиг. 2) узел 9 с п ременным во времени коэффициентом п редачи реализован в виде суммирующего операционного усилителя 16, ин вертирующий вход которого подключен к прямоугольному переменному напряжению на выходе ключей 5 и 8 через резистор 17 постоянно (фиг. 3), чер резистор 19 и ключ 18 в течение про межутков времени (Фиг. через резистр 21 и ключ 20 в течение промежутков времени и (фиг. 5) , через резистор 23 и ключ 22 в течение промежутков време ни ti,-t5 и (фиг. 6). Импульсы токов через резисторы 17,19,21 и 23, представленные на фиг 3-6, со ответственно, суммируются и создают на выходе операционного усилителя 16 напряжение (фиг. 7), аппроксимирующее синусоиду. Созданный сигнал поступает в фильтр 10 нижних частот, в котором высшие гармонические составляющие подавляются. Например, используя в качестве фильтра 10 нижних частот трехполюсный фильтр, получаем на ег выходе синусоидальный сигнал, общие искажения которого менее тысячных долей процента. Ключи 24-26 служат для того, чтобы при выключении ключей 18,20 и 22 направить ток, текущий через резисторы 19,21 и 23, соответственно, на общую шину. В результате этого на выходе ключей 5 и 8 не появляются толчки и на выходном сигнале операционного усилителя 16 отсутствуют пики напряжений в моменты переключения ключей 18,20 и 22. Синусоидальное выходное напряжение преобразуется в постоянное сглаженное напряжение в . преобразователе 11, сравнивающий узел 12 сравнивает его с эталонным напряжением, а разность указанных напряжений -подается к неинвертирующему входу усилителя 1 в такой фазе, что, если выходное напряжение превышает требуемое значение, то выходной сигнал узла 12 отрицательный и уменьшает выходное напряжение усилителя 1. Такая система регулирования является удобной тем, что если грубая стабилизация выходных напряжений усилителей 1 и 6 достигается в резистивно-стабилитронном мосте 2,3,4 и 7, то тонкая регулировка, выпсЗлненная для устранения малых отклонений значения выходного переменного напряжения от заданного, вызванного за счет падений напряжений на ключах 5 и 8 за счет узла 9, за счет затухания основной гармоники в цепи фильтра 10, реализуется малым изменением напряжений на неинвертирующем входе усилителя 1, которое вы- , зывает соответственное изменение выходного переменного напряжения. Такая система гарантирует высокую помехоустойчивость и высокую временную стабильность, так как система регулирования охватывает из регулируемого значения лишь малую часть и тем самым малые флуктуации цепи регулирования вызывают ничтожные изменения выходного напряжения источника. Предлагаемое устройство может быть полностью микроминиатюризировано, а предлагаемое исполнение источника позволяет удобно выполнить самокалибровку, так как подавая на вход преобразователя 11 прецизионное прямоугольное выходное напряжение с ключей 5 и 8 (при заземленном неинвертирующем входе усилителя 1) можно подрегулировать коэффициент преобразования преобразователя, сравнивая сглаженное преобразованное напряжение с эталонным постоянным напряжением блока 13. Таким образом, точность источника опорного напряжения определяется фактически точностью блока 13 эталонного постоянного напряжения временной стабильностью прямоугольного переменного

напряжения на выходе ключей 5 и 8. Изобретение представляет собой компактный, транспортабельный источник прямоугольного переменного напряжения, который подходит для регулировки и поверки прецизионных приборов. Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство № 773591, КЛ. G 05 F 1/56,1977.