Управляемое резистивное устройство

 

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной и измерительно-информационной техники и предназначено для использования в качестве быстродействующего резистора, управляемого напряжением, в системах автоматизированного контроля параметров контрольно-измерительной аппаратуры . Цель изобретения - расширение диапазона изменения рабочих напряжений задаваемых границ регулирования сопротивления резистивного устройства . Устройство имеет внешние информационные выводы 1 и 2, вход задания управляющего напряжения 3, вход задания опорного напряжения А и содержит инвертор 5, сумматоры 6, 7 и 8, первый и второй операционные ., усилители 9 и 10, токозадающие резисторы 11, 12, 13, 14 и 15 и элементы с управляемой проводимостью, выполненные на полевых транзисторах 16, 17 и 18. Устройство обеспечивает работу с напряжениями, превьш1ающими максимально допустимые рабочие напряжения входящих в него операционт ных усилителей. При этом расширяется диапазон задаваемых границ регулирования сопротивления, обеспечивается включение устройства в цепь, не имеющую соединения с корпусом. Для этого в устройство введены инвертор, три сумматора, второй операционный усилитель , дополнительные токозадающие резисторы и два полевых транзистора. ; 1 ил. с (Л О5 сд со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 G 06 G 7/12, 7/62, 1:, 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4092015/24-24 (22) 09;07.86 (46) 23. 12. 87, Бюл. Ф 47 (72) В.И. Разлом, В.П. Жук и Г.Л. Смирнов (53) 681.3(088.8) (56) Орнатский П.П, Автоматические измерения и приборы, Изд. 4-е.

Киев: Высшая школа, 1980, с. 290, Патент Великобритании У 1514136, кл. Н 03 Н 5/00, опублик. 1979. (54) УПРАВЛЯЕМОЕ РЕЗИСТИВНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к области аналоговой вычислительной и измерительно-информационной техники и предназначено для использования в качестве быстродействующего резистора, управляемого напряжением, в системах автоматизированного контроля параметров контрольно-измерительной аппаратуры. Цель изобретения — расширение диапазона изменения рабочих напряжений задаваемых границ регулиро„Л0„„1з 61579 И вания сопротивления резистивного устройства. Устройство имеет внешние информационные выводы 1 и 2, вход задания управляющего напряжения 3, вход задания опорного напряжения 4 и содержит инвертор 5, сумматоры 6, 7 и 8, первый и второй операционные .„ усилители 9 и 10, токозадающие резисторы 11, 12, 13, 14 и 15 и элементы с управляемой проводимостью, выполненные на полевых транзисторах 16, 17 и 18. Устройство обеспечивает работу с напряжениями, превьппающими максимально допустимые рабочие напряжения входящих в него операцион-. ных усилителей. При этом расширяется диапазон задаваемых границ регулирования сопротивления, обеспечивается включение устройства в цепь, не имеющую соединения с корпусом. Для этого в устройство введены инвертор, три сумматора, второй операционный усилитель, дополнительные токозадающие резисторы и два полевых транзистора.

: 1 ил.

1361579

Изобретение относится к аналоговой вычислительной и измерительноинформационной технике и предназначено для использования в качестве быст5 родействующего резистора, управляемого напряжением, в системах автоматизированного контроля параметров контрольно-измерительной аппаратуры.

Цель изобретения — расширение диа- ip пазона изменения рабочих напряжений и задаваемых границ регулирования сопротивления управляемого реэистивного устройства.

На чертеже приведена схема устрой- 15 ства.

Устройство имеет внешние информационные выводы 1 и 2, вход 3 задания управляющего напряжения, вход 4 задания опорного напряжения и содер- 20 жит инвертор 5, первый 6, второй 7 и третий 8 сумматоры, первый 9 и второй 10 операционные усилители, первый 11, второй 12, третий 13,четвертый 14 и пятый 15 токозадающие ре- 25 зисторы и первый, второй и третий элементы с управляемой проводимостью, выполненные на полевых транзисторах соответственно 16, 17 и 18.

Инвертор 5 предназначен для интер- 30 тирования напряжения, приложенного к внешнему выводу 1, и содержит операционный усилитель 19 и резисторы 20 и 21. Первый вывод резистора 20 образует вход инвертора 5, а второй вывод З5 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 19 и первым выводом резистора 21, второй вывод которого соединен с выходом операционного усилителя 19 и образует выход инвертора 5. Неинвертирующий вход операционного усилителя 19 соединен с общей шиной, Выход инвертора 5 соединен с вторыми входами сумматоров

6, 7 и 8.

Масштабирующий сумматор 6 предназначен для формирования сигнала,пропорционального входному приложенному напряжению, равно (U2 — U )К, где

U — напряжение, приложенное K перво- gp му входному зажиму 1; U2 — напряжение, приложенное к второму входному зажиму 2; К вЂ” коэффициент масштабирования, Сумматор 6 содержит операционный усилитель 22 и резисторы 23, 24 и 25.

Сумматор 7 предназначен для формирования сигнала, равного U „- U где U,„ - опорное напряжение, прилоУстройство работает следующим образом.

Напряжение U » поступающее на вход устройства, прикладывается к внешним выводам 1 и 2, причем к выводу 1 прикладывается напряжение U,, а к выводу 2 — напряжение U2.

Ьк 2

Напряжение, приложенное к выводу

1, инвертируется инвертором 5, на выходе которого напряжение равно

R, 1 R

2 (2) где R„ 21;

R 2 — сопротивление резистора 20. женное к входу 4, и содержит о ер„ ционный усилитель 26 и резисторы 27, 28 и 29.

Сумматор 8 предназначен для формирования сигнала, равного UzÄ U,, где U„„ð — управляющее напряжение, приложенное к входу 3, и содержит усилитель 30 и резисторы 31-33.

Операционный усилитель 10 с токозадающим резистором 15 и полевым транзистором 17 предназначен для выработки управляющего сигнала, поступающего на затвор полевого транзистора 18, который изменяет сопротивление его канала.

На токозадающем резисторе 12 и полевом транзисторе 18 собран делитель напряжения, который предназначен для выработки на полевом транзисторе 18 сигнала, пропорционального входному и управляющему сигналам, Операционный усилитель 9 с резисторами 13 и 14 предназначен для сравнения напряжений, поступающих с истока (стока) полевого транзистора 18 и токоэадающего резистора 11, а также выдачи управляющего напряжения на

I затвор полевого транзистора 16.

Токозадающий резистор ii предназначен для преобразования тока,протекающего через канал полевого транзистора 16, в напряжение, Полевой транзистор 16 предназначен для регулирования сопротивления устройства, При изменении напряжения, поступающего на затвор полевого транзистора 16 с операционного усилителя 9, изменяется сопротивление канала полевого транзистора.

1361579

U, 9 „, - u 9 R

9 (12) (13) ч, 9 (5) 4 оп

81 (16) R R÷

35 (7) упр ч U ý

5 (9) ЮФ = Uч" U1 °

1 (17) (10) R 9 4

В случае равенства сопротивлений

R = R напряжение на выходе инверто2 ра 5 равно

U = -U, . (3) Напряжение на выходе сумматора 7 равно

u = -((-u,„).— + v, „), (4)

В9 R9 i

4 где -U, — опорное напряжение, приложенное к входу 4;

R — сопротивление резистора 29;

R4 — сопротивление резистора 27;

R — сопротивление резистора 28.

В случае равенства сопротивлений

R 9 R 4 R 9 с учетом соотношения (3) получают

Напряжение на выходе сумматора 8 равно где -U „р — управляющее напряжение, приложенное к входу 3;

R 6 — сопротивление резистора 33, R, — сопротивление резистора 31

К9 — сопротивление резистора 32.

В случае равенства сопротивлений

R 6 = R, = R > и учитывая соотношение (3), получают

Для схемы, состоящей из операционного усилителя 10, токозадающего резйстора 15 и полевого транзистора

17, справедливы следующие соотношения: где U — напряжение на резисторе 15 9

U — напряжение на полевом транч, зисторе 17;

Учитывая соотношения (8) и (9),, напряжение на резисторе 15 равно

Ток, протекающий через резистор

15, равен где R — сопротивление резистора 15.

Учитывая соотношения (5) и (7), получают

Так как операционный усилитель 10 обладает большим входным сопротивлением, то ток, протекающий через резистор 15, равен току, протекающему через полевой транзистор 17:

15 где I> — ток, протекающий через полевой транзистор 17.

Сопротивление канала полевого транзистора 17 вычисляется по формуле

Ч (14) ч, Учитывая соотношения (9), (1.2) и (13), имеют (15)

Оулр Uîo

Сопротивление канала полевого транзистора 18 равно сопротивлению канала полевого транзистора 17 где Р ч — сопротивление ка1 ала полевоч1 го транзистора 18 °

Равенство сопротивлений обеспечивается идентичностью характеристик

40 полевых транзисторов. Для работы в составе устройства необходимо выбирать идентичные полевые транзисторы

17 и 18, например транзисторы, которые находятся в одной интегральной

45 микросхеме.

Из формул (15) и (16) видно, что сопротивление канала полевого транзистова 18 изменяется от управляющего напряжения, приложенного к вхо50 ду 3.

Напряжение на выходе сумматора 6 равно (Rio R1o ) 55 1 = + 0 !

6 2 R > R )

11 где R — сопротивление резистора 2510

R, — сопротивление резистора 23

R, — сопротивление резистора 24

В случае равенства сопротивлений

R„= R, 1361579

Учитывая соотношения (18), (19) (20), получают

= -(U — U ) †" . (18)

11

Применение резисторов 23, 24 и 25, обладающих разным сопротивлением (сопротивление резисторов 23 и 24 равно

R, сопротивление резистора 25 равно

R, ), позволяет получить на выходе

f0 масштабирующего сумматора 6 напряжение, пропорциональное входному напряжению, не превышающее максимально допустимое рабочее напряжение полевого транзистора 18 и оптимальное для его работы.

Напряжение Б6 с выхода масштабирующего сумматора 6 прикладывается к делителю напряжения, состоящему из резистора 12 и канала полевого тран- 20 эистора 18.

Падение напряжения на полевом транзисторе 18 равно

Ug U „,.

14 15 (20) где R сопротивление резистора 13;

R„, — сопротивление резистора 14;

БК„ - напряжение на резисторе 11.

Напряжение на резисторе 11 равно (21) URÄ = R„ К6 ° где I g — ток протекающий через ре16 э зистор 11

R 6 — сопротивление резистора 11.

Из формулы (21) ток, протекающий через резистор 11, равен

UR«

k16 RÄ (22) 13ж Ч2 где К вЂ” сопротивление резистора 12.

1Ь

Падение напряжения на полевом транзисторе 18 через резистор 13 поступает на инвертирующий вход опера- 30 ционного усилителя 9, где оно сравнивается с напряжением, снимаемым с токозадающего резистора 11, поступающим на инвертирующий вход операционного усилителя 9 через резистор 14, 35

Операционный усилитель 9 изменяет сопротивление канала сток — исток полевого транзистора 16 путем изменения напряжения на его затворе таким образом, что выполняется соотношение 40

Ток, протекающий через резистор

11, протекает и через канал сток исток полевого транзистора 16.

Сопротивление последовательно включенных канала сток — исток полевого транзистора 16 и резистора 1 1 равно

1-1 вк 1- 2 экв 6 "16

Учитывая соотношения (15), (16) и (23), получают (24) (+ К) R«R«К, пр оп (25)

Uo„R 9

1о 15 ynp on

Из формулы (25) видно, что сопротивление устройства изменяется при изменении управляющего напряжения U поступающего на вход 3, что дает возможность изменения сопротивления уст ройства.

Формула изобретения

Управляемое резистивное устройство, содержащее первый операционный усилитель и последовательно соединенные первый элемент с управляемой проводимостью, выполненный в виде первого полевого транзистора, и первый токозадающий резистор, свободные выводы которых являются внешними информационными выводами устройства, затвор первого полевого транзистора подключен к выходу первого операци« онного усилителя, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона изменения рабочих напряжений и задаваемых границ регулирования сопротивления резистивного. устройства, оно содержит первый, второй и третий сумматоры, инвертор, второй операционный усилитель, второй, третий, четвертый и пятый токозадающие резисторы и второй и третий элементы с управляемой проводимостью, выполненные в виде второго и .третьего полевых транзисторов, которые включены между первым внешним информационным выводом управляемого резистора и соответственно инвертирующим вхо 1361579

Составитель А. Маслов

Редактор И. Николайчук Техред А.Кравчук

Корректор М.Пожо

Заказ 6293/50 Тираж 671

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 дом второго операционного усилителя и объединенным выводом последовательно соединенных второго и третьего токозадающих резисторов, свободные выводы которых подключены соответственно к выходу первого сумматора и к инвертирующему входу первого операционного усилителя,.подключенному через четвертый токозадающий резистор к общему выводу первого полевого 10 транзистора и первого токозадающего резистора, неинвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с шиной нулевого потенциала,выход второго операционного усилителя 15 подключен к затворам второго и третьего полевых транзисторов, первый вход первого сумматора соединен с вторым внешним информационным выводом управляемого резистора, а первые входы второго и третьего сумматоров являются соответственно входами задания опорного и управляющего напряжений устройства, вторые входы всех сумматоров объединены и подключены через инвертор к первому внешнему информационному выводу устройства, выходы второго и третьего сумматоров подключены непосредственно и через пятый токозадающий резисторсоответственно к неинвертирующему иинвертирующему входам второгооперапионного усилителя.