Прецизионный импульсный источник напряжения постоянного тока Советский патент 1982 года по МПК G05F1/56 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к источникам питания и может быть использовано в качестве прецизионного импульсного источника опорного напряжения.

Известны стабилизаторы амплитуды импульсного напряжения постоянного тока, содеожаиже включенный последовательно в выходную шину регулирующий элемент, входом через резистор подсоединенный к выходу опера ционного усилителя, один из входов которого через источник опорного напряжения подключен к общей шине, па-, раллельно выходным выводам подключен выходной резисторный делитель 1.

Недостатком таких стабилизаторов является низкая стабильность амплитуды выходного напряжения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является стабилизатор, содержащий включенный последовательно в силовую шину регулирующий элемент, управляюи им входомчерез первый ключевой элемент, под- , ключенный к общей шине и через резистор - к выходу опера ционного усилителя, один из входов которого через источник опорного напряжения подключенный к общей шине, а другой вход через аналоговый элемент памяти подключен к выходу выходного реэисторного делителя напряжения, источник модулированного напряжения, выходом подключенный ко входу первого ключевого элемента и ко входу инвертора, выход которого подключен к ; управляющему входу аналогового элемента памяти f2j.

Работа схемы стабилизатора основана на поддерукании определенного напряжения на том входе операционного усилителя, к которому подсоединен аналоговый элемент памяти, независимо от того, имеется или нет напряжение на управляющем входе аналогового элемента памяти. При наличии модулирующего напряжения на управляющем вход ключевого элемента он закорачивает управляющий электрод регулирующего элемента на общую шину и напряжени на выходе стабилизатора падает до н ля. 1ри выключении модулирующего напряжения на выходе стабилизатора появляется напряжение. Недостатками данной схемы стабилизатора является низкая стабильнос переднего фронта импульса выходного напряжения, зависимость величины искажения переднего фронта импульса выходного напряжения от скважности модулирующего напряжения, а, следов тельно, невозможность применения да ной схемы стабилизатора в случаях, когда необходимо иметь стабильную площадь импульса с выхода стабилизат ра. В стабилизаторе напояжения, выполненном на основе операционного усилителя, коэффициент стабилизации прямо пропорционален коэффициенту усиления операционного усилителя. Следовательно, для повышения коэффициента стабилизации необходимо, применять операционные усилители с большим коэффициентом усиления. Но в этом случае при включении модулирующего напряжения, из-за выключения отрицательной обратной связи усилитель войдет в режим отсечки от небольшого изменения напряжения на входе, что возможно при увеличении скважности модулирующего напряжения, так как изменится напряжение на выходе аналогового элемента памяти. Другой причиной, переводящей операционный усилитель в режим отсечки является перекос входных каскадов данного усилителя при изменении температуры или с течением времени. Для устранения вхождения операционного усилителя в режим отсечки необходимо применять усилители с малым коэффициетом усиления, но при этом автоматически снижается коэффициент стабилизации стабилизатора, что не всегда приемлемо. Кроме того, требования к аналогввому элементу памяти возрастают с увеличением скважности модулирующего напряжения, чем реже выключается модулирующее напряжение, тем больше должен приближаться к идеальному аналоговый элемент памяти. В против нон случае, чем больше скважность модулирующего напряжения, тем ближе к режиму отсечки приблизится усилитель за счет изменения выходного напряжения аналогового элемента памяти. При выключении модулирующего напряжения для стабилизатора возможны два случая искажения переднего фронта импульса выходного напряжения, если усилитель вошел в режим отсечки:если напряжение на выходе усилителя близко к нулю, то, пои выключении модулирующего напряжения, будет наблюдаться увеличение длительности переднего фронта импульса напряжения на выходе стабилизатора. Так как усилитель должен выйти из режима отсечки и только после этого появится напряжение на выходе стабили . затораJ то на аналоговый элемент памяти и через него на вход усилителя попадает скачок напряжения. Следовательно, во время переходного процесса операционный усилитель работает, как усилитель переменного напряжения, при этом к нему предъявляют- . ся повышенные требования по частотным характеристикам; если напряжение на выходе усилителя близко к напряжению питания, то при выключении модулирующего напряжения на выходе стабилизатора наблюдается выброс напряжения, амплитуда которого превышает выходное нппрякение стабилизатора в установившемся режиме. В данном случае во время переходного процесса опеоационный усилитель так же работает, как усилитель переменного напряжения. Уэазанные искажения формы импульса выходного напряжения возникают из-за отсутствия иепи отрицательной обратной связи для операционного усилителя, когда включено модулирующее напряжение. Цель изобретения - улучшение качества выходного напряжения путем улучшения формы импульса выходного напряжения и повышение стабильности его амплитуды. Поставленная цель достигается тем, что в импульсном источнике напряжения постоянного тока, содержащем включенный послеповательнп в силовую шину регулирующий элемент, управляющим входом через первый ключевой элемент подключенный к общей шине и через резистор - к выходу операционного усилителя, один из входов которого через источник опорного напряжения подключен к общей шине, а другой вход связан с выходом выходного резисторного делителя напряжения, источник модулированного напряжения, выходом подключенный ко входу первого ключевого элемента и ко вхоау инвертора, другой вход усилителя соединен с введенным вторым и треть ключевыми элементами, причем через третий ключевой элемент вход усилителя соединен с выходом выходного резисторного делителя, через второй ключевой элемент вход усилителя под ключен к общей точке введенных пост янного и переменного резисторов,дру гой вывод переменного резистора сое динен с выходом операционного усили теля, а другой вывод постоянного ре зистора подключен к об1чей шине, управляющий вход третьего ключевого элемента через.инвертор соединен с управляющими входами первого и второго ключевых элементов. На фиг.1 представлена схема поеиизионного импульсного источника напряиения постоянного тока на фиг фиг.2 - форма импульса выходного на пряжения. Источник содержит регулиру1эщий элемент 1, резистор 2, операционный усилитель 3, источник опорного напряжения f выходной резисторный делитель 5, первый 6, второй 7 и третий 8 ключевые элементы, инверто 9, источник модулирующего напряжения 1 О, переменный резистор 11 и постоянный резистор 12 делителя обратной связи операционного усилителя . Устройство работает следующим об разом. В установленном режиме пои отсутствии модулирующего напряжения ключи 6 и 7 закрыты и напряжение с выхода операционного усилителя 3 подается через резистор 2 на упра .ляющий электрод регулирующего элемента 1 и на выходе источника устанавливается требуемое напряжение. Часть выходного напряжения с делителя 5 подается через открытый ключ 3 на операционный усилитель 3, кото рый сравнивает его с напряжении источника опорного напряжения Ц. Таким образом, осуществляется обратная связь и стабилизируется выходное напряжение. При подаче модулирующего напряжения открываются ключи 6 и 7, а ключ 8 закрывается. Ключ 6 закорачивает управляющий электрод регулирующего элемента на обцую шину и напряжение на выходе источника падает по нуля. Открытый ключ 7 подключает ко входу операционного усилителя 3 делитель обратной связи, образованный резисторами 11 и 12. Причем коэффициент деления делителя обратной связи устанавливается в процессе регулировки резистором 11 таким образом, чтобы напряжение на выходе операционного усилителя 3 было таким же, как и при отсутствии модулируюешего напряжения. При выключении модулирующего напряжения на выходе источника вновь появляется напряжение, равное напряжению до момента появления модулирущего напряжения. Как видно напряжение на выходе операционного усилителя 3 не изменяется, и, следовательно, через операционный усилитель импульсное напряжение не проходит ни во время переходного процесса, ни в установившемся режиме, и он работает в режиме постоянного тока. Предложенный прецизионный импульсный источник напряжения позволяет повысить стабильность амплитуды выходного напряжения за счет возможности применения операционных усилителей с коэффициентом усиления 10 и более. Устройство позволяет также значительно сократить длительность йрон тов импульсного напряжения до 10 с и менее. Формула изобретения Прецизионный импульсный источник напряжения постоянного тока, содержащий включенный последовательно в силовую шину регулирующий элемент, управляющим входом через пеовый клЮ1 чевой элемент, подключенный к общей шине и через резистор - к выходу операционного усилителя, один из входов которого через источник опорного напряжения подключен к общей шине, а другой вход связан с выходом выходного резисторного делителя напряжения, источник модулированного t напряжения, выходом подключенный ко входу первого ключевого элемента и ко входу инвертора, о т л и ч а Эю щ и и с я тем, что, с целью улучч шения качества выходного напряжения путем улучшения фоомы импульса выходного напряжения и повышения стабильности его амплитуды, другой вход усилителя соединен с введенными вторым и третьим ключевыми элементами,примем через третий ключевой элемент вход усилителя соединен с выходом выходно го резисторного делителя, через второй ключевой элемент вход усилителя подключен к общей точке введенных постоянного и переменного резисторов, другой вывод переменного оезистора 8 соединен с выходом операционного усилителя, а другой вывод постоянного резистора подключен к обшей шине, управляющий вход тоетьего ключевого элемента через инвертор соединен с управляющими входами первого и второго ключевых элементов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № «28368. кл. G 05 F 1/5б, 1 9772.Авторское свидетельство СССР tf 706839, кл. G 05 F 1/56, 1978.

ft

5

J- t

в 0.di oM inn

ii:ffcj

w

Фиг. г