Регулятор температуры

 

РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ по авт.св. № 1056141, отличающийся тем, что, с целью повышения его точности и надежности, в него введены первый и второй операционные усилители, первый, второй и третий стабилитроны, второй и третий делители напряжения источника питания, делитель напряжения обратной связи, первьй, второй, третий, четвертый и пятый резисторы, причем первый вход первого операционного усилителя подключен к точке соединения датчика и эадатчика температуры , второй вход - к выходу второго делителя напряжения источника питания , а выход - к базе первого транзистора , первый вход второго операционного усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, подключен к выходу делителя напряжения обратной связи, входы которого подключены соответственно к коллекторам девятого и десятого транзисторов, которые соединены с полюсами источника питания через первый и второй резисторы , ко второму входу второго операционного усилителя подключен выход третьего делителя напряжения источника питания, а выход второго операционного усилитешя через встречно включенные первый и второй стабилитроны , параллельно которым включен третий резистор, подключен ко второму входу первого операционного усилителя , четвертьй резистор, третий стабилитрон и пятый резистор соединены последовательно и включены между полюсами источника питания, причем электроды третьего стабилитрона подключены к датчику и дадатчику SD feMnepaTypH соответственно. :о СП о

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) з(у) G 05 Р 23/19

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;

К ABTOPCHOMY С8ИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1056141 (21) 3540122/24-24 (22) 13.01. 83 (46) 07.09.84. Бюп. Ф 33 (72) Н.И.Иарич и А.С.Мельник (53) 621.555.6 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 10561413 кл. G 05 D 23/19, 1982 (пр от отип) ° (54) (57) РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ по авт.св. М 1056141, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения его точности и надежности, в него введены первый и второй операционные усилители, первый, второй и третий стабилитроны, второй и третий делители напряжения источника питания, делитель напряжения обратной связи, первый, второй, третий, четвертый и пятый резисторы, причем первый вход первого операционного усилителя подключен к точке соеди. нения датчика и эадатчика температуры, второй вход — к выходу второго делителя напряжения источника питания, а выход — к базе первого транзистора, первый вход второго операционного усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, подключен к выходу делителя напряжения обрат ной связи, входы которого подключены соответственно к коллекторам девятого и десятого транзисторов, которые соединены с полюсами источника питания через первый и второй резисторы, ко второму входу второго операционного усилителя подключен выход третьего делителя напряжения источника питания, а выхоц второго операционного усилителя через встречно включенные первый и второй стабилитроны, параллельно которым включен третий резистор, подключен ко второму входу первого операционного усилителя, четвертый резистор, третий стабилитрон и пятый резистор соединены последовательно и включены между полюсами источника питания, причем электроды третьего стабилитрона подключены к датчику и задатчику

Фемпературы соответственно.

1 11123

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для автоматического регулирования темпера; туры посредством термоэлектрических элементов, например, для стабилизации температуры элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА).

По основному авт.св. Р 1056141 известен регулятор температуры (1) i

Недостатками известного регулятора температуры являются наличие зоны нечувствительности к сигналам рассогласования, находящимся в диапазоне статических потенциалов базаэмиттер, первого и второго транзисторов регулятора, а также зависимость чувствительности регулятора от разброса коэффициентов передачи транзисторов, что снижает точность регулирования, 20

Кроме того, регулятор имеет недостаточную надежность из-за отсутствия защиты от коротких замыканий в цепи нагрузки.

Цел ью и зобрет ения является повышение точности и надежности.

Указанная цель достигается тем, что в регулятор температуры введены первый и второй операционные усилители, первый, второй и третий стабилитроны, второй и третий делители напряжения источника питания, делитель напряжения обратной связи, первый, второй, третий, четвертый и пятый резисторы, причем первый вход З5 первого операционного усилителя подключен к точке соединения датчика и задатчика температуры, второй вход — к выходу второго делителя напряжения источника питания, а вы- 40 ход — к базе первого транзистора, первый вход второго операционного усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, подключен к выходу делителя напряжения обратной связи. 45 входы которого подключены соответственно к коллекторам девятого и десятого транзисторов, которые соединены с полюсами источника питания через первый и второй резисторы, ко второ- 50 му входу второго операционного усилителя подключен выход третьего делителя напряжения источника питания, а выход второго операционного усили теля, через встречно включенные пер- 15 вый и второй стабилитроны, параллельно которым включен третий резистор, подключен ко второму входу первого

50 2 операционного усилителя, четвертый резистор, третий стабилитрон и пятый резистор соединены последовательно и включены между полюсами источника питания, причем электроды третьего стабилитрона подключены к датчику и задатчи температуры соответственно.

На фиг, 1 изображена принципиальная электрическая схема регулятора температуры, на фиг. 2 — зависимость тока термоэлектрической батареи от температуры для известного регулятора, на фиг. 3 — зависимость тока термоэлектрической батареи от температуры предлагаемого регулятора температуры. !

Предлагаемый регулятор температуры содержит датчик 1 и задатчик 2 температуры операционный усилитель

3, первый транзистор 4 (n-p-и типа) и второй транзистор 5 (р-и-р типа) базы которых соединены с выходом операционного усилителя 3, а эмиттеры — с выходом первого делителя напряжения 6 источника питания, третий транзистор 7 (р-n-p типа), база которого соединена с коллектором первого транзистора 4 и через резистор — с собственным эмиттером и положительным полюсом источника питания, четвертый транзистор 8 (ll-p-11 типа), база которого соединена с коллектором второго транзистора 5 и через резистор — с собственным эмиттером и отрицательным полюсом источника питания (общим проводом), пятый транзистор 9 (р-и-р типа), база которого соединенз через один резистор с коллектором четвертого транзистора

8, а через другой — с собственным эмиттером и положительным полюсом источника питания, первый диод 10, анод которого соединен с коллектором третьего транзистора 7, шестой транзистор 11 (n-ð-h типа), база которого соединена через один резистор с коллектором третьего транзистора 7, а через другой — с собственным эмит" тером и общим выводом источника питания, второй диод 12, катод которого соединен с коллектором четвертого транзистора 8, седьмой транзистор

13 (n-p-.p тTиHпnа )), база которого соединена с коллектором пятого транзистора 9 и через резистор с собственным эмиттером, а коллектор — с положительным полюсом источника питаз 11123 ния, восьмой транзистор 14 (р-tl-p типа), база которого соединена с коллектором шестого транзистора 11 и через резистор с собственным эмиттером, коллектор — с общим выводом источника питания, термоэлектрическая батарея 15, первый вывод которой соединен с эмиттерами "едьмого 13 и восьмого 14 транзисторов, девятый транзистор 16 (и-р-и типа), база которо- 1О го соединена с катодом первого диода

10 и через резистор — с собственным эмиттером, десятый транзистор 17 (р-и-p типа), база которого соединена с анодом второго диода 12 и через резистор с собственным эмиттером, а эмиттер соединен с эмиттером девятого транзистора 16 и вторым выводом термоэлектрической батареи 15, первый резистор 18, первый вывод которого 2О соединен с положительным полюсом источника питания, а второй вывод— с коллектором девятого транзистора

16 второй резистор 19, первый вывод которого соединен с общим выводом р5 источника питания, а второй — с коллектором десятого транзистора 17, делитель 20 напряжения обратной связи, первый и второй вь1воды которого

I соединены с коллекторами девятого

16 и десятого 17 транзисторов соответственно, второй операционный усилитель 21, первый вход которого соединен с выходом делителя 20 напряжения обратной связи, второй дели- 35 тель 22 напряжения источника питания, первый 23 и второй 24 стабилитроны, соединенные одноименными электродами (например, катодами), третий резистор 25, параллельно которому включе- 4О ны одноименные выводы первого 23 и второго 24 стабилитронов (аноды), кроме того, третий резистор 25 соединяет выход второго операционного усилителя 21 со вторым входом перво- 45 го и выходом второго делителя 22 напряжения источника питания, третий делитель 26 напряжения источника питания, выход которого соединен со вторым входом второго операционного усилителя 21, охваченного отрицательной обратной связью с выхода на один из входов, четвертый резистор

27, первый вывод которого соединен с положительным полюсом источника 55 питания, пятый резистор 28, первый вывод которого соединен с общим выводом источника питания, третий

50 4 стабилитрон 29, катод которого соединен с задатчиком температуры 2 и вторым выводом четвертого резистора

27, а анод — с датчиком 1 температуры и вторым выводом пятого резистора 28.

Регулятор температуры работает следующим образом.

Когда окружающая температура выше заданного уровня, то сопротивление датчика 1 температуры меньше сопротивления задатчика температуры

2 и на первом входе первого операционного усилителя 3 потенциал уменьшится относительно того, который бип при равных сопротивлениях датчика

1 и задатчика 2 температуры, и равен 1/2 U, где ll — напряжение между полюсами источника питания.

Появившееся смещение потенциала первого входа первого операционного усилителя 3 относительно 1/2 0 можно считать отрицательным, так как потенциал уменьшился.

Первый операционный усилитель 3, сравнивая входной сигнал с потенциалом выхода второго делителя напряжения источника питания и усиливая разницу их потенциалов, обеспечивает наличие на своем выходе потенциала, близкого к потенциалу положительного полюса источника питания, он открывает первый транзистор 4, третий транзистор 7 и шестой транзистор 11. Эти открытые транзисторы обеспе .ивают открывание девятого 16 и восьмого 14 транзисторов.

Указанные открытые транзисторы обеспечивают протекание тока через термоэлектрическую батарею 15 по цепи: положительный полюс источника питания — первый резистор 18 — девятый транзистор 16 — термоэлектрическая батарея 15 — восьмой транзистор

14 — отрицательный полюс источника питания.

Протекание тока через термоэлектрическую батарею 15 обеспечивает необходимое охлаждение объекта регулирования до заданного уровня. В связи с наличием первого резистора

18 в цепи тока термоэлектрической батареи 15 на коллекторе девятого транзистора 16 будет потенциал на величину 1 В„ ниже, чем потенциал положительного полюса источника питания, где I-, — ток термоэлектричес1!12350 кой батареи 15, R«!« — величина сопротивления резистора 18.

Потенциал коллектора десятого транзистора 17 сохранится равным потенциалу отрицательного полюса 5 источника питания. Это означает, что на выходе делителя напряжения обратной связи 20 и на первом входе второго операционного усилигеля 21 потенциал уменьшится на величину

1/2 I R при неизменном потенциале второго входа, соединенного с выходом третьего делителя 26 напряжения источника питания. Сравнивая и усиливая эту разность потенциалов, второй операционный усилитель 21 со своего выхода через третий резистор 25 обеспечивает поступление сигнала отрицательной обратной связи на выход второго делителя 22 напря- 20 жения источника питания и на второй вход первого операционного усилителя 3. Наличие этой отрицательной обратной свяэи обеспечивает стабилизацию режимов работы элементов регулятора температуры и нормированное усиление заданное резистором 25.

При возрастании тока термоэлектрической батареи 15 сверх величины

I-> — максимального уровня тока., 30 лак заданного заранее, увеличивается смещение. потенциала коллектора девятого транзистора 16, увеличивается отрицательное смещение выхода делителя напряжения обратной связи

20, увеличивается сигнал обратной связи на выходе второго операционного усилителя 21 qo пробоя первого стабилитрона 23, Вследствие такого состояния обес- 40 печивается передача сигнала обратной связи почти без ослабления на второй вход первого операционного усилителя

3 и усиления регулятора температуры

- буДет подавлено, так как сигнал от 4> датчика 1 и задатчика 2 температуры не может быть больше сигнала обратной связи в силу его ограничения в ограничителе выполненном на резис) торах 27 и 28 и стабилитроне 29, при этом ток термоэлектрической батареи 15 не будет возрастать сверх установленной- величины Т тк

Протекающий через термоэлектричес-. кую батарею ток обеспечивает необхо- 5> димое охлаждение объекта регулирования до .установленного задатчиком 2 температурного уровня, т.е. до выравнивания сопротивлений датчика 1 и задатчика 2 температуры. При этом боль«нему рассогласованию датчика 1 и задатчика 2 температуры соответствует больший ток термоэлектрической батареи, т.е. регулятором температуры обеспечивается линейная зависимость тока термоэлектрической батареи от входного сигнала (фиг.3). Го; ризонтальные участки зависимости означает, что дальнейшее рассогласование температуры датчика 1 и задатчика 2 не вызывает роста тока термоэлектрической батареи. .При снижении температуры сопротивление датчика 1 становится больше, чем задатчика 2 температуры, полярность рассогласования на входах первого операционного усилителя 3 изменяется на противоположную, потенциал выходного сигнала первого операционного усилителя 3 становится близким к потенциалу отрицательного полюса источника питания, что приводит к открыванию второго 5, четвертого 8 и пятого 9 транзисторов.

Это обеспечивает открывание седьмого

13 и десятого 17 транзисторов, что вызывает протеканпе тока по цепи: положительный полюс источника питания — седьмой транзистор 13 — термоэлектрическая батарея 15 - десятый транзистор 17 — второй резистор 19отрицательный полюс источника питания. Протекающий через термоэлектрическую батарею ток создает падение напряжения на втором резисторе 19, чем обеспечивает увеличение потенциала коллектора транзистора 17 и выхода делителя 20 напряжения обратной связи на величину 1/2 R I

«9 TS ь где R«9 — величина сопротивления резистора 19.

Это приводит к изменению потенциала выходного сигнала второго опера- ционного усилителя 21 при изменившемся потенциале выходного сигнала, т.е. отрицательная обратная связь обеспечивается и в данном случае.

При достижении током термоэлектрической батареи 15 в режиме нагрева величины .. увеличится падение Бра «« напряжения на втором резисторе 19, что обеспечивает возрастание выходного сигнала второго операционного усилителя 21 до пробоя второго стабилитрона 24, Пробитый второй стабилитрон 24 обеспечивает передачу отрицательной

11 обратной связи с минимальным ослаблением, чем подавляет усиление 1.егулятора температуры и не допускает дальнейшего возрастания тока термоэлектрической батареи 15.

При уменьшении сопротивления термоэлектрической батареи 15 и даже коротком замыкании в ее цепи протекающий в ней ток не сможет возрастать более чем до 1 Б, так как увеление мах регулятора температуры уменьшается до величины, значительно меньшей единицы,и тем самым сигнал рассогласования будет подавлен в регуляторе температуры и выходные транзисторы не будут испорчены. Сохраняется при этом и источник питания, который мог быть испорчен режимом короткого замыкания в регуляторе температуры.

Не оказывает влияния на сохранение выбранного уровня ограничения тока и возрастание напряжения источника питания, так как при этом не будет смещения ни напряжения пробоя стаби12350 литров, ни уровня ограничения сигнала рассогласования.

Таким образом, предлагаемый регулятор осуществляет нагрев и охлаждение термоэлектрической батареи при питании его от одного источника, при том обеспечивается линейная зависимость тока термоэлектри еской батареи от сигнала рассогласования

10 температуры с помощью отрицательной обратной связи по току со стабилизацией режимов работы полупроводниковых элементов, что повышает точность регулирования.

15 Кроме того, регулятор температуры обеспечивает ограничение тока .термоэлектрической батареи на заданном оптимальном значении и защиту от короткого замыкания в цепи термо2р электрической батареи, повышая надежность, что позволяет применять

ere в высоконадежных устройствах с ограниченными энергетическими параметрами.

Puz Р

Составитель Г. Крейман

Редактор П.Коссей . Техред А.Бабинец Корректор Г. Решетник .Заказ 6458/33 Тираж 841 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

6 »

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, уп. Проектная, 4