Устройство для допускового контроля напряжений

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОПУСКОВОГО КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕНИЙ, содержащее операционньй усилитель с двумя масштабными резисторами, подключенными к инверсному , и делителем напряжения на двух резисторах, подключенньп к прямому входу, первый диодный мост с двумя балансными резисторами в однонаправленной диагонали, первый нагрузочный резистор и ключ, отличающ-ееся тем, что, с целью повышения его помехоустойчивости к воздействию помех известной деятельности, оно содержит второй диодный мост с двумя балансными резисторами в однонаправленной диагонали и конденсатором в другой его диагонали, второй нагрузочный резистор и дифференциальный ограничитель напряжения, причем выход операционного усилителя через двунаправленную диагональ первого диодного моста соединен с первым выводом первого нагрузочного резистора , который двунаправленную диагональ второго диодного моста подключен к первым выводам второго нагрузочного резистора и первого масштабного резистора, подключенного вторым выводом через второй масштабный резистор к первому выходу дифференциального ограничителя напряжения , второй выход которого через делитель напряжения соединен с прямым входом операционного усилителя, а входы дифференциального ограничителя напряжения соединены с соответствующими входами устройства, вторые выводы нагрузочных резисторов с (Л соединены с нулевой шиной, выход однонаправленной диагонали первого диодного моста соединен с первым входом ключа, а вход - с первым выходом ключа, второй вход которого подключен к клемме источника постоянного напряжения , а второй выход - к выходу устройства. ;о 2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что дифференциальный ограничитель напряжения д содержит два пороговых элемента, на пример диоды, включенные параллельно и встречно друг другу, и два резистора , обпще точки соединения разнополярi ных выводов пороговых элементов и первых вьшодов резисторов соединены с выходами ограничителя, а вторые выводы резисторов соединены с его входами.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11)

g I) С 05 В 23/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;" 3

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ и „

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И QTHPbITHA (21) 3243196/18-24 (22) 30. 01. 81 (46.) 07. 05. 84. Бюл. Р 17 (72) В.И. Анисимов, В.П. Ежов, Е.А. Лосев и Я.Н. Алексеев (7 1) 1-й Московский ордена Трудового

Красного Знамени приборостроительный завод (53) 621.396(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 924594, кл. Н 03 К 17/30, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

9 991318, кл. Н 03 К 17/30, 1980 (прототип). (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОПУСКОВОГО КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕНИЙ, содержащее операционный усилитель с двумя масштабными резисторами, подключен. ными к инверсному вкоду, и делителем напряжения на двух резисторах, подключенным к прямому входу, первый диодный мост с двумя балансными резисторами в однонаправленной диагонали, первый нагрузочный резистор и ключ, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения его помехоустойчивости к воздействию помех известной деятельности, оно содержит второй диодный мост с двумя . балансными резисторами в однонаправленной диагонали и конденсатором в другой его диагонали, второй нагрузочный резистор и дифференциальный ограничитель напряжения, причем выход операционного усилителя через двунаправленную диагональ первого диодного моста соединен с первым выводом первого нагруэочного резистора, который через двунаправленную диагональ второго диодного моста подключен к первым выводам второго нагрузочного резистора и первого масштабного резистора, подключенного вторым выводом через второй масштабный резистор к первому выходу дифференциального ограничителя напряl жения, второй выход которого через делитель напряжения соединен с прямым входом операционного усилителя, а входы дифференциального ограничителя напряжения соединены с соответствующими входами устройства, вторые выводы нагрузочных резисторов соединены с нулевой шиной, выход однонаправленной диагонали первого диодного моста соединен с первым вхедом ключа, а вход — с первым выходом ключа, второй вход которого подключен к клемме источника постоянного напряжения, а второй выход - к выходу устройства.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что дифференциальный ограничитель напряжения содержит два пороговых элемента,,например диоды, включенные параллельно и встречно друг другу, и два резистора, общие точки соединения разнополярных выводов пороговых элементов и первых выводов резисторов соединены с выходами ограничителя, а вторые выводы резисторов соединены с его входами..

4 091

Изобретение относится к автоматике электроизмерений, приборостроению

-.и вычислительной технике и может ! быть использовано для построения схем допускового контроля абсолют- 5 ного значения разности напряжений входных аналоговых сигналов или одного сигнала при наличии в тракте управления помех, длительностью, меньше заданной. 10, Известен сигнализатор напряжения, содержащий два операционных усилителя в дифференциальном включении и два пороговых элемента в цепях обратной связи,о причем выход первого операционного усилителя подключен к входу первого порогового элемента, выход которого соединен с инвертирующим входом. второго операционного усилителя, выход второго операционусилителя подключен к входу второго порогового элемента, выход которого соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, а выходы операционных усилителей под-. соединены к входам элемента ИЛИ, выход которого является выходом устройства g.

Недостатками являются сложность ,схемного решения, заключающаяся в ис- 30 пользовании двух операционных усилителей и выходного порогового устройства, а также отсутствие схемы временной задержки по срабатыванию от помех известной длительности, уРовень 35 которых выше допустимого уровня рассогласования входных сигналов -Я оп).

Наиболее близким к предлагаемому ,является сигнализатор напряжения,,содержащий дифференциальный опера- 40 ционный усилитель с двумя масштабными резисторами, подключенными к инверсному входу, и делителем напряжения на двух резисторах, подключенным к прямому входу, пеРвый ди- 45 одный мост с двумя баланснымн резисторами в однонаправленной диагонали, первый нагрузочный резистор и ключ (2 3.

Недостатком указанного сигнализатора является отсутствие в нем схемы временной задержки по срабатыванию от помех известной длительности, Цель изобретения . — повышение помехоустойчивости устройства к воздействию помех известной длительности

124

Поставленная цель достигается тем, что устройство для допускового контроля напряжений, содержащее операционный усилитель с двумя масштабными резисторами, подключенными к инверсному входу, и делителем Напряжения на двух резисторах, подключенным к прямому входу, первый диодный мост с двумя балансными резисторами в однонаправленной диагонали, первый нагруэочный резистор и ключ, содержит второй диодный мост с двумя балансными резисторами с однонаправленной диагонали и конденсатором в другой его диагонали, второй нагрузочный резистор и дифференциальный ограничитель напряжения, причем выход операционного усилителя через двунаправленную диагональ первого диодного моста соединен с первым выводом первого нагрузочного резистора, который через дву;;аправленную диагональ второго диодного моста подключен к первым выводам второго нагрузочного резистора и первого масштабного резистора подключенного .вторым выводом через второй масштабный резистор.к первому выходу дифференциального ограничителя напряжения, второй выход которого через делитель напряжения соединен с прямым входом операционного усилителя, а входы дифференциального ограничителя напряжения соединень! с соответствующими входами устройства, вторые выводы нагрузочных резисторов соединены с нулевой шиной, выход однонаправленной диагонали первого диодного моста соединен с первым выходом ключа, а вход — с пер- . вым выходом ключа, второй. вход кото рого подключен к клемме источника постоянного напряжения, а второй выход — к выходу устройства.

Кроме того, дифференциальный огра-ничитель напряжения содержит два пороговых элемента, например диоды, включенные параллельно и встречно друг другу, и два резистора, общие точки соединения разнополярных выводов пороговых элементов.и первых . выводов резисторов соединены с выходами ограничителя, а вторые выводы резисторов соединены с его входами..

Ня фиг. 1 представлена электри-. ,ческая схема предлагаемого устройства ; на фиг. 2 — графики изменения токов .,и напряжений в отдельных частях схемы

3 10911 в функции от изменения уровня рассогласования входных сигналов и времени.

В состав устройства входят (фиг. 1) дифференциальный операционный усилитель 1 с двумя масштабными резисторами 2 и 3 и делителем напряжения на двух резисторах 4 и 5, первый диодный мост 6 с двумя балансными резисторами 7 и 8, первый нагрузочный 10 резистор 9, ключ .10, второй диодный мост 11 с двумя балансными резисторами 12 и 13 в однонаправленной диагонали и конденсатором 14 в другой его диагонали, второй нагрузоч- 15 ный резистор 15, дифференциальный ограничитель 16 напряжения, содержащий два пороговых элемента 17 и 18». выполненные на диодах, и два резистора 19 и 20. Выход усилителя 1 че- 2О рез.двунаправленную диагональ. моста

6 соединяется с первым выводом резистора 9 и через. двунаправленную диагональ моста 11 подключается к первым выводам резистора 15 и резистора 25

3, подключенного вторым выводом.через входной масштабный резистор 2 к первому выходу 21 ограничителя 16, второй выход 22 которого через де- . литель на резисторах 4 и 5 соединя- ЗО ется с прямым входом усилителя 1, а входы дифференциального ограничителя напряжения (выводы 23 и 24) соединяются с соответствующими

h входами устройства. Вторые выводы резисторов 9 и l5 соединены с нулевой шиной. Выход 25 однонаправленной диагонали моста 6 соединяется с первым входом 26 ключа 10, а вход

27 — с первым выходом 28 ключа 10, второй вход 29 которого подключен к клемме 30 источника постоянного напряженияв, а второй выход 31 — к выходу устройства. Ограничитель 16 содержит два пороговых элемента 17

45 и 18, например диоды, включенные параллельно и встречно друг другу, и два резистора 19 и 20, общие точки соединения разнополярных выводов пороговых элементов и первых выходов

50 резисторов соединяются с выходами

21 и 22 ограничителя 16, а вторые выводы резисторов соединяются с его входами 23 и 24. Устройство также содержит операционный усилитель 32. тра

55 нзисторы 33,диоды 34 и резисторы 35.

Физические процессы в устройстве разделяются на пять режимов. режим

1IE1

02 М„ + Р

13 (z)

При этом необходимо выполнение условия (3) 01 ) д2 (3) Величины внутренних динамических сопротивлений RA диодных мостов зависят от разности величин двух токов в противоположных его диагоналях: токов ограни ения За„и о2 выходного тока 3,„ усилителя 1, значение которого определяется суммой -токов, 1 ВЫХ1 1 R91 10151 (! где Зд9. — значение тока на резисторе 9

3 15 — значение тока на резисторе 15.

При значениях выходного тока вь х (3о " от величина "пр йвления P+ мостов будет малой и составляет десятки или сотни ом

24 4 исходного нулевого состояния», режим слежения за изменениями абсолютного значения разности напряжений вход" ных сигналов, когда результат сравнения меньше заданного порогового уровня, т.е. Ф1-а2(C.JE, „„1; режим формирования временной задержки ре-. зультата сравнения от момента когда текущее значение абсолютной разности напряжений входных сигналов превьппает заданный пороговый уровень, определяемый порогом срабатывания схемы временной задержки 161- - е >

) Е „,) до 1= 1, ; режим формйрования выходного сигнала отказа, режим восстановления устройства.

Режим исходного нулевого состояния.

В этом режиме напряжения входных сигналов по обоим входам устройства

Р1=е = 0Е ., что соответствует ну1 2 левыми значениями входных токов и тока в цепи -обратной связи )3

Х1"- 3 =О (и нулевым значеХ2 ОС ниям выходных напряжений в точках А, В и С (ЕО1=Е =Е =0

Через однонаправленные диагонали мостов 6 и 11 протекают токи ограни3о1 и 02 рых определяются выражениями (1) и (2)

АДЕ!

301-2 ЯЧ+Re (1l.

R3 P5 3 ОАЬС 8 P + гр <+ Ж

4 5 2

Ъ при условии, что

1е ео е 3 д е

В этом случае можно считать, что максимальный уровень рассогласования входных сигналов по входу, на которое реагируют выходные напряжения усилителя 1 в точках А, В и С будет равен

35 е„-е (max = е„ (el где Р— падение напряжения на от- 40

П крытом диоде 17 или 19 в ограничителе 16.

Для надежной работы устройства примем значение допустимого уровня рассогласования входных сигналов 45 по ходу устройства, равным

1е1 ее(*оп Едоп(=о„о/2 (71

Выходное напряжение операционного усилителя 1 (в точке А/ с учетом выражения (5) зависит от соотношения резисторов 2-5. ее е о Б!.

Для симметричной работы устройстс де ва по входу, примем а2-Я4-Р Р-а -Р

3 5

5 10911 для значений токов ограничения единицы или десятые доли милиампер.

Разность потенциалов между противоположными выводами двунаправленных диагоналей диодных мостов будет равна Ов, что определяет исходное нулевое состояние заряда на конденсаторе 14.

Разность потенциалов между входным 27 и выходным 25 выводами однонаправленной диагонали моста 6 будет

, равна 2е д (где е „- падение напряжения на открытом диоде), а ее полярносвть будет соответствовать непроводящему состоянию ключа 10. На" 15 пряжение отказа +0 на выходной клемме устройства отсутствует.

Режим слежения.

Этому режиму соответствует наличие текущих уровней входных напряжений ., и 62 на входных клеммах устройства.

Напряжения в точках А, В и С будут равны друг другу и определяются выражением (5)

24

Тогда выражение (5) запишется в виде

"ä S,Ñ.=- „ "2 1+ t" t< (9)

Коэффициент передачи устройства определяется выражением (9)

К= — -= =, . (9

Рыражение (8) можно представить в виде (!О) е =-е к+о —;. еоо !+К

А,В,С 1 2 !+< К

В частном случае при l< a 1:

РД,g Ñ <„+<2

Значение выходного напряжения операционного усилителя 8© соото *оп ветствующее допустимому уровню рассогласованию входных сигналов, определяется выражением (11) одоп-(е Е доп

При наличии рассогласования входных сигналов, напряжения в точках

А, В и С будут изменяться в соответствии с выражением (10) до значения

Яо д, при котором ток в двунаправленной диагонали второго диодного моста 11 -3 „ „ достигает значения, равного току ограничения 3 2, 32 и 2Р, (12! !

3 а номинал второго нагрузочного резистора 15 определяется выражением (13) .одоп а„,- (1ц

301

При равенстве токов 3 и 3

2 оп о2 происходит отсечка прохождения тока Зо2 через однонаправленную диагональ второго диодного моста 11.

Выходной так Эв,„операционного усилителя 1, а следовательно, и ток через двунаправленную диагональ первого диодного моста 6 на данном участке выходной характеристики операционного усилителя определяется выражением (14)

3 =3 +g

ВЫх, оп 9 2*оп (14! о оп гое ;3Е - — д — — тов в пеРвом ва1 9 грузочном резисторе 9.

Режим формирования временной задержки.

После отсечки тока ограничения

Эо в однонаправленной диагонали второго диодного моста 11, его проходное сопротивление Й - ао и, с этого момента 1о в схеме создаются условия для заряда конденсатора 14.

109 1124 8

Для увеличения времени задержки

6 . целесообразно выбирать .значение найРЯжениЯ ао „, „ близким к гРанице линейной зоны выходной характеристи5 ки операционного усилителя таким образом, чтобы выполнялось соотноше-. ние (19) еО)ах нас

7

Схема переходит в режим интегрирования по рассогласованию сигналов Е„ и Е2, превышающего значение Е„-Е2, „ = Е„р/2 до своего предельного значеййя по входу, определяемому значением еп для примененных типов диодов 17 и 18.

Зарядный ток конденсатора 14 определяется выражением (15) е„К д;- —,7 — (161 ми 2 при условии, что ) .15<<Й5

Одновременно с зарядом конденсатора 14 происходит нарастание напряжения в точках А, В и С по линейному закону в соответствии с выражением (16)

9шр 3аА пр Зад

3 < e, Kt О - С„ = ZC„+ggs где ) — значение зарядного тока конденсатора 14, определяемое выражением (15), — время; в течение которого напряжение на конденсаторе 14, а следовательно, и на выходе операционного усилителя достигает предельного значения е о ах

В момент достижения выходным напряжением операционного усилителя предельного значения, определяемого, выражением (17) Я„й

i . (17) ах- о1- бь х Я +Р

4001, 1 9 ток через двунаправленную диагональ первого диодного моста 3,„ станет равным значению исходного тока ограничения 3о., В момент равенства токов 30ь„, и Зо1 происходит запирание первого диодного моста 6 и его проходное . сопротивление R* ®, что равносильно разомкнутому .состоянию цепи отрицательной обратной связи опера1 ционного усилителя. Такое состояние операционного усилителя, усиленное наличием входного рассогласования по напряжению, приводит к скачкообразному увеличению напряжения на его выходе. Из сравнения выражений (16) и (17), время задержки устройства оп ределяется выражением (18) i где Он с — уровень напряжения насьпцения операционного усилителя.

Режим формирования выходного сигнала отказа.

После появлейия скачка напряжения на выходе операционного усилителя (точка А), первый диодный мост 6 будет находиться в запертом состоянии. При этом относительная .разность потенциалов между выводами 25 и 27 его однонаправленной диагонали скачком изменяет свое состояние из отрицательной в положительную полярность независимо от направления рабочего тока .)В„,х операционного усилителя, т.е. формируется модуль сигнала отказа, поступающий на входные клеммы ключа

10 и изменяющий его исходное состояние на обратное. Ключ 10 может иметь различное схемное исполнение. На фиг. 1 представлены две схемы его практической реализации (10а и. 10б).

Ключ 10а представляет собой транзисторный вариант реализации, Содержащий два транзистора с различной проводимостью и, в общем случае, три резистора. Входной транзистор и-fi-и типа, резистор в базовой цепи которого ограничивает значение тока базы. База-эмиттерный переход входного транзистора подключен к выводам 25 и 27.однонаправленной диагонали диодного моста 6 таким образом, чтобы в исходном состоянии (до момента формирования сигнала отказа) транзистор находился в закрытом состоянии,.

Выходной транзистор р-п-р типа, переход которого в насьпценное состояние определяется уровнем тока коллектора входного транзистора s момент его отпирания (при3 ь,„ „ „

Номиналы двух остальных транзис. 5

O торов определяются параметрами примененных типов транзисторов. Необходимым условием для нормальной работы ключа 10а является превыше1091124 ние значения напряжения источника

+U напряжения источника питания операционного усилителя. Ключ 106 представляет собой вариант примененп — в качестве входного чувствитель- 5 ного элемента — компаратора, реа. лизованного на дифференциальном операционном усилителе, питание которого осуществляется от источника питания основного операционного :усилителя -1 ° Наличие разделительно" го диода на выходе компаратора формирует однополярный управляющий сигнал отказа, что наиболее удобно для его послед9ющей обработки логическими элементами. Уровень. скачка напряжения на выходе операционного усилителя 1 в момент запирания диоднаго моста 6 определяется соотношением параметром схемы устройства и входным сопротивлением открытого ключа 10.

Режим восстановления устройства в исходное состояние.

При рассогласовании входных сигналов ниже допустимого значения, происходит разряд конденсатора 14, что выводит операционный усилитель

1 из режима отказа скачком в рабочую область выходной характеристики.

Ключ 10 также скачком запирается, что приводит к пропаданию выходного сигнала отказа.на выходе устройства.

Через время, определяемое разрядом конденсатора 14 через проходное сопротивление открытого второго диодного моста 11, режим восстановления устройства в исходное состояние заканчивается и схема переходит.

s режим слежения за изменениями абсолютного значения разности напряжений входных сигналов.

Технико-экономический эффект от внедрения пведлагаемого устройства заключается в повышенной точности произведения оценки исправного состояния каналов управления при наличии ,помех известной длительности в трактах управления.

1091124

Составитель В .Анисимов

Редактор Ю.Середа ТехредМ.Кузьма

Корректор Ю. Макаренко, Тиржк 842 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква ° Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5 .

Заказ 3081/43

Филиал ППП "Патент", г. Уагород, ул. Проектная, 4