Стабилизированный источник тока с изменяющейся полярностью
СТАБИЛИЗИРОВАННЬЙ ИСТОЧНИК ТОКА С ИЗМЕНЯОЩЕЙСЯ ПОЛЯРНОСТЬЮ по авт.св. № 1065843, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения источника путем использования его и в качестве источника стабилизированного напряжения с изменяющейся полярностью и повьш1ения точности формирования выходного сигнала, в него введены двуг.позиционный переключатель и управляющий цифроаналоговый переключатель , причем инвертирующий вход усилителя сигнала ошибки через последовательно соединенные перекидной контакт и один из неподвижных контактов двухпозиционного переключателя и первые ключи первой группы соединен с входным силовым выводом регулирующего элемента положительной полярности и первым выводом первого измерительного резистора, а также с входным силовым выводом регулирующего элеме«та отрицательной полярности и первым вьтодом второго измерительного резистора, а через последовательно соединенные перекидной контакт и другой неподвижный кон«Я . такт двухпозиционного переключателя с выводом для подключения нагрузки , при зтом выход источника опорного напряжения соединен с задающим входом, дифроаналогового-преобразователя через указанный управляющий цифроаналоговый преобразователь. Од 00
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
„„SU„„1176314 A (51)4 G 05 F 1 56
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCXOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ЙИИЙОИИЛ (61) 1065843 (21) 3714923/24-0 (22) 28.03.84 (46) 30.08.85. Бюл. Ф 32 (72) Н.Н.Жеребцов (71) Ростовский-на-Дону ордена Трудового Красного Знамени институт сельскохозяйственного машиностроения (53) 621.316.722.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
Ф 1065843, кл. G 05 F 1/56, 1982. (54)(57) СТАБИЛИЗИРОВАННЬП1 ИСТОЧНИК
ТОКА С ИЗМЕНЯ9)ЩЕЙСЯ ПОЛЯРНОСТЫ) по авт.св. 11 - 1065843, о т л и ч .аю шийся тем, что, с целью расширения области применения источника путем использования его и в качестве источника стабилизированного напряжения с изменяющейся полярно" стью и повышения точности формирования выходного сигнала, в него введены дву.;позиционный переключатель и управляющий цифроаналоговый переключатель, причем инвертирующий вход усилителя сигнала ошибки через последовательно соединенные перекидной контакт и один из неподвижных контактов двухпозиционного переключателя и первые ключи первой группы соединен с входным силовым выводом регулирующего элемента положительной полярности и первым выводом первого измерительного резистора, а также с входным силовым выводом регулирующего элемента отрицательной полярности и первым выводом второго измерительного резистора, а через последовательно соединенные перекидной контакт и другой неподвижный кон.такт двухпозиционного переключателя— с выводом для подключения нагрузки, при этом выход источника опорного напряжения соединен с задающим входом, цифроаналогового .преобразователя через указанный управляющий : цифроаналоговый преобразователь, 1176314
Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в устройствах автоматики и вычислительной техники для дистанционного формирования стабилизированных значений 5 тока или напряжения изменяющейся полярности и является усовершенствованием известного уст1 ойства по основному авт.св. 9 1065843.
Цель изобретения — расширение об- !О ласти применения .источника путем использования его в качестве источника стабилизированного напряжения с изменяющейся полярностью и повышение точности формирования выходного !5 сигнала путем снижения относительной. погрешности при формировании низкоуровневых сигналов в результате программируемого уменьшения дискретности напряжения, подаваемо- 20
ro на неинвертирующий вход усилителя сигнала ошибки.
На фиг. 1 представлена функциональная схема стабилизированного источника тока с изменяющейся поляр- 25 ностью; на фиг. 2- вариант схемы цифроанапогового преобразователя, собранного по четырехквадратной схеме; на фиг. 3 — вариант схемы управляющего цифроаналогового пре-, 5!! образователя; на фиг. 4 — вариант схемы источника опорного напряжения.
Стабилизированный источник тока (Фиг. 1 } содержит источники 1 и 2 35 питающего напряжения положительной и отрицательной полярности, источник 3 опорного напряжения, цифроаналоговый преобразователь 4 с и цифровыми входами, две группы клю- 40 чей: первые ключи 5 и 6 соответственно первой и второй групп, вторые ключи 7 и 8 соответственно первой и второй групп, инвертор 9, первый и второй измерительные резис- 45 торы 10 и 11, усилитель !2 сигнала ошибки, регулирующие элементы 13 и 14 положительной и отрицательной полярности, соответствующие им выходные ключи 15 и 16 первой и вто- 50 рой групп, нагрузку 17, двухпозиционный переключатель 18, управляющий цифроаналоговый преобразователь
l9, и цифровых входов 20.1,...,20.п, ш »»игровых входов 21.1,...,21.m.
Вход оперативного изменения функционального назначения устройства обо значен позицией 22.
Вариант цифроаналогового преобразователя 4 собран по четь»рехквадратной схеме и содержит (фиг. 2) и цифровых входов 20.1,...,20,п, резистивную матрицу 23 типа Б-2R, резистор 24 обратной связи, преобразователь 25, усилитель 26, первый, второй и третий:: резисторы 27, 28 и 29,, n" óïðàâëÿåìûõ ключей 30.1,..., 30.п.
Вариант управляющего цифроаналогового преобразователя 19 (фиг. з) содержит m цифровых входов 21.1,..., 21.m, преобразователь код-ток 31, преобразователь ток-напряжение 32.
Вариант источника 3 опорного напряжения содержит (фиг. 4 ) стабилитрон 33, четвертый резистор 34, операционнь»й усилитель 35, пятый и шестой резисторы 36 и 37.
Дистанционное формирование стабилизированных значений тока или напряжения изменяющейся полярности предлагаемым устройством осуществляется сменой кодовых комбинаций на цифровых входах 20.1,...,20.п, 21,1,...,2l.m, 22 следующим образом (фиг, 1}.
Стабилизация тока или напряжения задается низким или высоким логическими уровнями на входе 22 оперативного изменения функционального назначения.
При стабилизации тока установкой низкого логического уровня на входе 22 оперативного изменения функционального назначения инвертирующий вход усилителя 12 сигнала ошибки через второй вывод ключа 18 первый ключ 5 первой группы соединяется с входным силовым выводом регулирующего элемента 13 положитель-. ной полярности и первым выводом пер вого измерительного резистора 10 при стабилизации тока в положительной области или через ключ !8, первый ключ 6 второй группы соединяется с входным силовым выводом регулирующего элемента 14 отрицательной полярности и первым выводам второго измерительного резистора ll при ста билизации тока в отрицательной об-. ласти.
При стабилизации напряжения установкой высокого логического уровня на входе 22 оперативного изменения функционального назначения инвертирующий вход усилителя 12 сиг1176314
U2=-(N /2 — 1)U„ где N„. — вес задействованных двоичйВ ных разрядов.
Дискретность изменения уровня напряжения на выходе цифроаналогового преобразователя 4 -„> (щ я 11 ою
Таким образом, при подаче на вход 22 оперативного изменения функционального назначения низкого логического уровня, на вход 20.1 высокого логического уровня, а на остальные входы 20.2,...,20.ь и
21.1,...,21. rn — кодовой комбинации, соответствующей необходимому значению тока, на выходе цифроаналогового преобразователя 4 появится напряжение 02, одновременно с этим ключи 5,. 7 и 15 открываются высоким логическим уровнем, а ключи 6, 8 и
16 закрываются низким логическим
55 нала ошибки через первый вывод ключа 18 соединяется с выходными силовыми выводами регулирующих элементов 13 и 14 положительной и отрицательной полярности. 5
Области формирования выходного сигнала устройства задаются установкой на входе 20,1 высокого или низкого логического уровня соответственно при формировании сигналов 10 в положительной или отрицательной областях, что следует из свойств цифроаналогового преобразователя 4, собранного по четырехквадратной схеме и при отрицательном напряжении 15 поданном на его информационный вход (фиг. 2).
Диапазон изменения выходного сигнала устройства задается абсолютной величиной опорного напряжения . 20 (Uo) источника 3 опорного напряжения, а абсолютные значения выходных сигналов устройства определяются кодовыми комбинациями, подаваемыми на цифровые входы 20.2,...,20.п и 21.1,..., 25
21.m, при этом напряжение Ц,, поступающее на информационный вход цифро- . аналогового преобразователя 4, определяется по формуле
П„=-1 йВ "ОП °
Ill 30 а напряжение U2, поступающее на неинвертирующий вход усилителя 12 сигнала ошибки, определяется по формуле
35 уровнем, поступающим с выхода инвертора 9, что приводит к включению регулирующего элемента 13 и выключению регулирующего элемента 14, инвертирующий вход усилителя !2 сигнала ошибки через ключи 18 и 5 соединен с входным силовым выводом регулирующего элемента 13 положительной полярности, т.е. источник питающего напряжения положительной полярности, усилитель 12 сигнала ошибки, регулирующий элемент 13, источник 3 опорного напряжения, управляющий цифроаналоговый преобразователь 19, цифроаналоговый преобразователь 4, первый измерительный резистор 10, нагрузка 17 образуют регулятор тока положительной полярности, при этом через нагрузку 17 протекает ток от источника 1 питающего напряжения положительной полярности через ключ 7, первый измерительный резистор 10 и регулирующий элемент
13. Если усилитель 12 сигнала ошибки будет иметь сигнал рассогласования на своем выходе приблизительно равным нулю, что легко обеспечивается при выборе усилителя с высоким коэффициентом усиления и малы-. ми смещениями по току и напряжению, то с высокой точностью величина тока нагрузки определяется из равенства
2 1о где Б „, — сопротивление измерительного резистора 10.
При подаче на вход 20.1 низкого логического уровня при той же комбинации логических уровней на входах
20.2,...,20.п и 21.1,...,2!.m на выходе цифроаналогового преобразователя 4 появится отрицательное напряжение -U, одновременно с этим ключи 5, 7 и 15 закрываются низким логическим уровнем, а ключи 6, 8 и
16 открываются высоким логическим уровнем, поступающим с выхода инвертора 9, при этом регулирующий элемент 13 выключается, регулирующий элемент 14 включается, а инвертирующий вход усилителя 12 сигнала ошибки через ключи 18 и 6 соединяются с входным силовым выводом регулирующего элемента 14 отрицательной полярности,т.е источник 2 пита- ющего напряжения отрицательной полярности, усилитель 32 сигнала ошиб1! 76314
5 !
15 =("г /R
55 ки, регулирующий элемент 14, источник 3 опорного напряжения, управля" ющий цифроаналоговый преобразователь 4, второй измерительный резистор ll, нагрузка 17 образуют регулятор тока отрицательной полярности, при этом через нагрузку 17 протекает ток источника 2 питающего напряжения отрицательной полярности через ключ 8, второй измерительный резистор ll и регулирующий элемент
14. Величина тока нагрузки при этом определяется по формуле г где R — сопротивление измерительноМ
ro резистора Il.
Из приведенных равенств для токов нагрузки отрицательной и положительной полярности видно, что величины стабилизированных токов пропорциональны абсолютной величине напряжения (Иг ) цифроаналогового преобразователя 4 где R=R1o=R Из этого следует, что, изменяя величину U в пределах от -U „ до +U<<комбинациями цифровых кодов, подаваемых на входы 20.2,...,-20.п и 21.1,.;.,21.m с дискретностью D=Ui,„ /2, можно получить множест tnin-11 во значений токов нагрузки как в положительной, так и отрицательной областях которое ограничено только разрядностями управляющего цифроаналогового преобразователя 19 и с цифроаналогового преобразователя 4. При подаче на вход 22 оперативного изменения функционального назначения и на вход 20,1 высокого входы 20.2.. .,20.@ и 21.1,,„.,21.nl кодовой комбинации, соответствующей необходимому значению напряжения, на выходе цифроаналогового преобразователя 4 появится напряжение +U, одновременно с этим ключи 7 и 15 открываются высоким логическим уровнем, ключи 8 и 16 закрываются низким логическим уровнем, поступающим с выхода инвертора 9, что приводит к включению регулирующего элемента 13 и выключеник 45 регулирующего элемента 14, инвертирующий вход усилителя 12 сигнала ошибки через второй вывод ключа 18 соединится с входными силовыми выводами регулирующих элементов 13 и 14 положительной и отрицательной полярности, т.е. источник 1 питающего напряжения положительной полярности, усилитель 12 сигнала ошибки, регулирующий элемент 13, источник 3 опорного напряжения, управляющий цифроаналоговый преобразователь 19, цифроаналоговый преобразователь 4, нагрузка 17 образуют регулятор напряжения положительной полярности. Величина выходного напряжения регулятора напряжения равна "вых = "г При подаче на вход 20.1 низкого логического уровня, а на остальные входы 20.2,...,20.ц,и 21.1,..., 21.rn кодовой комбинации, соответствующей необходимому значению:.на-. пряжения, на выходе цифроаналогового преобразователя 4 появится напряжение — Бг, одновременно с этим ключи 7 и 15 закрываются низким логическим уровнем, ключи 8 и 16 открываются высоким логическим уровнем, поступающим с выхода инвертора 9, что приводит к выключению регулирующего элемента 13 и включению регулирующего элемента 14, т.е. источник 2 питающего напряжения отрицательной полярности, уси литель 12 сигнала ошибки, регулирующий элемент 14, источник 3 опор- . ного напряжения,. управляющий. цифроаналоговый преобразователь 19, цифроаналоговый преобразователь 4, нагрузка 17 образуют регулятор напряжения отрицательной полярности. Величина выходного напряжения при этом 5Em Из этого следует, что изменяя величину U< в пред лах о -У „ до +U „ комбинациями цифровых кодов, подаваемых на входы 20.2,...,20.п и 21.1,...,2l.m с дискретностью D= tl (foal ->) =Б „ /2 можно получить множество стабилизированных значений выходного напряжения U „„ как в положительной, так и отрйцательной областях, которое ограничено только 1176314 разрядностью управляющего цифроаналогового преобразователя 19 и цифроаналогового преобразователя 4. Изображенный на фиг. 2 вариант четырехквадрантного цифроаналогового преобразователя 4 работает следующим образом. На цифровые входы 2О.1,...,20.n,ñoåäèíåíHûå с управляющими входами аналоговых ключей 10 30.1,...,30.п, подаются кодовые комбинации логических уровней, при этом логический, высокий уровень открывают.аналоговый ключ, а низкий логический уровень держит его в закрытом 15 состоянии. Выходы аналоговых ключей 30.1,...,30.п соединены с резистив-, ной матрицей 23 типа R-2R, с выхода которой аналоговый сигнал, пропорциональный значению подаваемой на вхо-20 ды 20.2,...,20.п кодовой комбинации, полярности согласно уровню логичес-. кого сигнала на входе 20.1 и уровню напряжения U поступает через резис1 тор 24 обратной связи на вход пре- 25 образователя 25 и далее через усилитель 26 на выход цифроаналогового преобразователя 4. Изображенный на фиг. 3 вариант управляющего цифроаналогового пре- 3б образователя 19 собран по двухквадрантной схеме. При подаче на цифровые входы 21.1,...,21.m позиционных кодов с весами "0" или "1" на выходе преобразователя. код-ток 31 формируется ток, пропорциональный весу задействованных разрядов. Сформированный ток преобразователем ток — напряжение 32 преобразуются в напряжение, 1 . Изображенный на фиг. 4 вариант источника 3 опорного напряжения работает следующим образом. Операционный усилитель 35 включен как неинвертирующий усилитель и имеет на выходе стабильное напряжение, равное +У „, которое используется для получения прецизионного тока стабилитрона 33. По сравнению с известными техническими решениями (в том числе с прототипом данное устройство позволяет расширить область применения за счет использования в качестве источника стабилизированного напряжения изменяющейся полярности, повы- . сить точность формирования выходного сигнала за счет снижения относительной погрешности при формировании низкоуровневых сигналов-в результате дистанционного программируемого уменьшения дискретности напряжения подаваемого на информаци онный вход цифроаналогового преобразователя, а также применять в качестве цифрового синтеза прецизионных сигналов изменяющейся полярности. 1176314 Фиг. Фиг 3 1176314 Составитель С.Ситко Техред С.Мигунова Корректор ЛЛескид Редактор М.Петрова Филиал ППП "Патент", г.. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 5361/48 Тираж 863 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035,.Ìîñêâà, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
