Генератор импульсного тока

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в измерительной технике в качестве источников питания тензорезистивных и пьезорезистивных датчиков в аналоговых устройствах. Цель изобретения - повышение стабильности амплитуды выходных прямоугольных импульсов тока при изменении величины нагрузки. Генератор импульсов тока обеспечивает достижение поставленной цели за счет исключения зависимости тока нагрузки от ее сопротивления. Введенные дифференциальный усилитель 9 и двусторонний стабилитрон 3 обеспечивают коррекцию режима работы операционного усилителя 6 за счет обеспечения питания делителя напряжения и последовательной RC-цепи с учетом тока датчика 8 тока. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

gg1)5 Н 03 К 3/023

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, Н A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4427219/24-21 (22) 17.05.88 (46) 23.07.90. Бюл. У 27 (72) Н.Г.Жегалин, С.А.Исаков, И.И.Павлов и С.М.Иванов (53) 621.374 (088.8) (56) Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. — Л.: Энергия, 1980, с. 170. (54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ТОКА (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в измерительной технике в качестве источников питания тензорезистивÄÄSUÄÄ 158()532 А 1

2 ных и пьезорезистивных датчиков в аналоговых устройствах. Цель изобретения — повышение стабильности амплитуды выходных прямоугольных импульсов тока при изменении величины нагрузки. Генератор импульсов тока обеспечивает достижение поставленной цели за счет исключения зависимости тока нагрузки от ее сопротивления.

Введенные дифференциальный усипитель

9 и двусторонний стабилитрон 3 обеспечивают коррекцию режима работы операционного усилителя 6 за счет обеспечения питания делителя напряжения . и последовательной RC-цепи с учетом тока датчика 8 тока. 2 ил.! 580532 Изобретение относится к импульсной ге нике и может быть использовано в измерительной технике в качестве ис то4ника питания индуктивных тенэоре5 зистивных и пьезорезистивных датчиков, а также может быть использовано в аналоговых устройствах автоматики,, радиотехники, вычислительной и медицинской техники. 10

; Целью изобретения является повышение стабильности амплитуды выходных прямоугольных импульсов тока при изменении величины нагрузки эа счет исключения зависимости тока нагрузки от ее сопротивления.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема генератора импульсов то.ка, на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу генератора. 20

Генератор импульсов тока содержит последовательную RC-цепь, состоящую из конденсатора 1 и резистора 2, двусторонний стабилитрон 3, делитель напряжения, выполненный на последова- 25 тельно включенных резисторах 4 и 5, операционный усилитель (ОУ) 6, сопротивление 7 нагрузки, датчик 8 тока и дифференциальный усилитель 9, выполненный на резисторах 10-13 и операционном усилителе 14, при этом иивертирующий вход операционного усилИтеля 6 подключен к выходу делителя ,напряжения на резисторах 4 и 5, первый вход которого соЕдинен с общей шиной, к неинвертирующему входу операционного усилителя 6 подключен первый вывод последовательной RC-цепи, состоящей из конденсатора 1 и резистара 2, а первый вывод сопротивления

7 нагрузки соединен с общей шиной, нри этом первый вывод двустороннего стабилитрона 3 подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя 6 а второй — к общей шине пер1 У

45 внй вывод датчика 8 тока подключен к выходу операционного усилителя 6, а второй — ко второму выводу сопротивления 7 нагрузки, неинвертирующий вход дифференциального усилителя 9 подключен к выходу операционного усилителя 6, а инвертирующий. вход — ко в горому выводу датчика 8 тока, причем выход дифференциального усилителя п<рдключен ко второму входу делителя напряжения и второму выводу последов Э тель ной RC-цепи .

Работа генератора основана на н Епрерывном действии отрицательной обратной связи (ООС) и периодическом прерывании превосходящей ее положительной обратной связи (ПОС), которое происходит при открывании стабилитрона. На временных диаграммах (фиг. 2) показаны напряжение на выходе ОУ 6 (сплошная линия) и напряжение, падающее на датчике тока (пунктирная линия), дифференциальное напряжение между входами ОУ 6, напряжение на неинвертирующем входе ОУ 6 (сплошная линия) и на инвертирующем входе ОУ 6 (пунктирная линия), ток стабилитрона 3 (сплошная линия) и напряжение на конденсаторе 1 (пунктирная линия), ток нагрузки (сплошная линия) и сопротивление нагрузки (пунктирная линия).

Генератор работает следующим образом:

Напряжение с выхода дифференциального усилителя 9 передается на инвертирующий вход ОУ 6 через делитель напряжения с ослаблением, равным коэффициенту деления этого делителя, а на неинвертирующий вход изменения того же напряжения передаются через последовательную RC-цепь без ослабления благодаря тому, что ток входа

ОУ 6 и ток закрытого стабилитрона равны нулю и падение напряжения на

RC-цепи отсутствует. В результате преобладания ПОС над ООС изменение выходного напряжения дифференциального усилителя 9 передается на входы

ОУ 6, увеличивает выходное напряжение ОУ 6, что приводит к увеличению тока через датчик 8 тока, а следовательно, и к ;величению входного и выходного напряиения дифференциального усилителя 9. Эти напряжения взаимно увеличивают друг друга до тех

,пор, пока напряжение на неинвертирующем входе ОУ 6 не прекратит возрастать, достигнув в момент времени

t< уровня напряжения стабилизации стабилитрона 3. В этот момент прерывается действие IIOC. Напряжение на выходе ОУ 6 и напряжение на выходе дифференциального усилителя 9 продолжают возрастать до тех пор, пока напряжение на инвертирующем входе ОУ

6 не сравняется с напряжением на неинвертирующем входе ОУ 6 (в момент времени tZ), после чего генератор переходит в режим стабилизации тока нагрузки.

15»80532

К 13

Вил 4У H Ф и (2) 50

Напряжение на выходе дифференциального усилителя 9 определяется выражением где I< - ток нагрузки;

R — сопротивление нагрузки;

R - значение сопротивления датt чика 8 тока;

К, К вЂ” значения сопротивлений прямой и обратной связей операционного усилителя 14, выбираются исходя из услоК»» Кфъ R»3 PS R>»

К11 7>К»», К15 т) Кн, К13 = R11

Ч g можно определить в режиме стабилизации тЬка нагрузки:

V ст

Чьих Д К (4 5

У где Ч, - напряжение стабилизации стабилитрона;

Кт, R — значения величин сопротивлений резисторов 4 и 5 соответственно.

Приравнивая выражения (1) и (2), получим

Y»y(R 4 + Rs) Ry.

R5 КЬ R»3 т.е. величина тока нагрузки ог»ределяется напряжением стабилизации стабилитрона Ч, параметрами реэистивного делителя напряжения К+ и R <, значением сопротивления датчика тока R >, значением сопрртивлений прямой и обРатной связи R:и и К » дифференциального усилителя 9 и не зависит от сопротивления нагрузки.

Значение тока, протекающего через стабилитрон, задается RC-цепью. Напряжение íà RC-цепи равно падению на резисторе 4 и стабилиэировано. В момент времени t3 конденсатор 1 не заряжен и все это напряжение полностью прикладывается к резистору 2.

Ток стабилитрона принимает максимальное значение, после чего убывает по экспонеициальному закону по мере sa,ряда конденсатора и уменьшения напряжения на резисторе 2..В момент времени t< ток стабилитрона уменьшается до значения минимального тока стаби лизации Т т „„ Рабочая точка пе-. реходит с вертикального на гориэонтальыый участок вольт-амперной характерист»»ки (ВЛХ) стабилнтрона, напряжение на стабилитроне начинает уменьшаться. Уменьшение напряжения на неинвертирующем входе ОУ 6 вызывает уменьшение его выходного напряжения, тока нагрузки, напряжения на выходе дифференциального усилителя 9, напря" жение íà RC-цепи, что ще более ускоряет уиеньшение на стабилитроне и снижение его тока до нуля Восстанавливается действие 1007 ПОС, причем в тот момент, когда глубина ПОС превысит глубину ООС, процесс уменьшения выходного напряжения ОУ 6 и выходного напряжения дифференциального усилителя 9 приобретает лавинообразный характер и между входами ОУ 6 начинает увеличиваться дифференциальное напряжение. Когда выходное на5

1О

20 пряжение уменьшается до нуля, напряжение, до которого успел зарядиться конденсатор 1, оказывается приложенным между входами ОУ 6. Это вызывает смену полярности выходного напряжения ОУ 6 и дифференциального усилите . ля 9. и возрастание его значения в изменившейся полярности. В момент времени t напряжение на неинвертирую"

5 щем входе ОУ 6 достигает уровня напряжения стабилизации стабилитрона, прерывается действие ПОС и схема переходит в режим стабилиэации тока нагрузки. В этот л»ол»ент дифференциальное напряжение между входами ОУ 6 принимает наибольшее эначение. Выходное напряжение ОУ 6 и дифференциального усилителя 9 возрастает под действием ООС до момента t<, когда напряжение на инвертирующем входе ОУ 6

c1ановйтся равным напряжению на неинвертирующем входе ОУ 6. К резистору

2 прикладь»вается сумма напряжения на резистор 4 и напряжения между обкладками конденсатора l, и ток стабилитрона 3 принимает максимальное значение, после чего начинает убывать по мере перезаряда конденсатора 1.

После этого периодически происходят восстановление ПОС и переключение полярностеи токов и напряжении в схеме. Действие ПОС прерывается на время, эа которое происходит переэаряд и ток стабилитро»»а убывает от своего максимального значения до минимально.го значения тока стабилизации:

Rg Rg »»»

Чст R + Чст R cr. м»»н Rz т

Х

R с м»»»г

7 1580532 в ше ре VorP nvg Ти Ra)Rа Rea торов 2 и 4;

R> R бгр.iy длительность переэатт ряда конденсатора 1;

1 5 Из неравенств (3) и (4) следует постоянная времени

Ф что сопротивление нагрузки может иэКС-цепи, С - емме нятьс я в пр ед ела х кость конденсатора 1; (Vora . оу c — ХиКу)КуК1з

MHHHMBJI bHblA Tolc 10 R

RC-цепи; Технико-экономическим преимущестi ..вом предлагаемого генератора импульсов тока по сравнению с известным яв1 ляется стабилизация амплитуды импульсов тока за счет исключения зависимости тока нагрузки от ее сопротивления. где К и К

tï е R2C ст ° мии

Ч

К

e R 4gqRt максимальное значение напряжения на конденсаторе 1 (cr мак1

2Ч

er R .мин — — - — — — — - — максимальное эначеК и ние тока через стабилитрон 3 (Т ).

Йт Мо(кЕ

Иэ этого соотношения можно определить период повторения импульсов Т, если пренебречь длительностью фронтов:

Формула изобретения

Генератор импульсов тока, содержащий операционный усилитель, к инвертирующему входу которого подключен выход делителя напряжения, первый

45 (Ч orp Oy6 э (3) и(1 7) где R > - значение сопротивления нагрузки.

Выходное напряжение дифференциаль- 50 ного усилителя не должно достигать уровня ограничения V дифференциального усилителя 9, т.е. (Ч или 55

К 11 огР ду

2V — - ?

К стК ст мии 2

Т - 2R Cln

I ст мни

На временной диаграмме показано .как генератор реагирует, например, на 35 уменьшение сопротивления нагрузки

Кк — в момент времени t напряжение на выходе ОУ 6 пропорционально уменьшается и ток нагрузки остается неизменным. 40

Для того, чтобы ООС не прерывалась, выходное напряжение ОУ 6 не должно достигать уровня ограничения. чокер, оусОу 6, .е. вход которого соединен с общей шиной, к неинвертирующему входу операционного усилителя — первый вывод последовательной КС-цепи, а первый вывод сопротивления нагрузки соединен с общей шиной, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что,, с целью повышения ста- бильности амплитуды выходных прямоугольных импульсов тока при изменении величины нагрузки, введены двусторонний стабилитрон, датчик тока и. дифференциальный усилитель, при этом первый вывод двустороннего стабилитрона подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, а второй— к общей шине, первый вывод датчика тока подключен к выходу операционного усилителя, а второй - к второму выводу сопротивления нагрузки, неинвертирующий вход дифференциального усилителя подключен к выходу операционного усилителя, а инвертирующий вход - к второму выводу датчика тока, причем выход дифференциального усилителя подключен к второму входу делителя напря-. жения и к второму выводу последовательной RC-цепи.

1580532 cm м

>crt

Редактор И. Горная

Заказ 2021 Тираж 667 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 ир „,о,„

ОУ Oil

Ocm и, + Cm»c

>cm мц

Сос тавитель Н . Маркин

Техред Л.Сердюкова Корректор Т.Малец