Устройство для индикации полярности, рода тока и сопротивления цепи

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для индикации наличия постоянного и переменного напряжений в диапазоне 2-400 В, сопротивления цепи в диапазоне 0-500 кОм, а также автоматического определения полярности источника постоянного напряжения. Устройство содержит щупы 1, 2, резисторы 3-10, переключатель 11, транзисторы 12-15, светодиоды 16, 17 , диоды 18, 19, источники питания 20, 21, контрольные точки 22-24. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для индикации наличия постоянного и переменного напряжений в диапазоне 2-400 В, сопротивления цепи в диапазоне 0-500 кОм, а также автоматического определения полярности источника постоянного напряжения.

Известно устройство для индикации полярности, рода тока и сопротивления цепи, содержащее два канала усилителей напряжения отрицательной и положительной полярностей на транзисторах, на выходе каждого канала включены светодиоды, индицирующие наличие напряжения на входе каналов. При определении полярности и рода тока светится один из светодиодов, сигнализируя о наличии и полярности напряжения постоянного тока, либо светятся оба светодиода одновременно, сигнализируя о наличии напряжения переменного тока. Целостность испытуемой цепи определяется загоранием светодиода после подачи на вход канала усилителя положительной полярности положительного напряжения от внутренней батареи.

Недостатком данного устройства является сравнительной большой ток холостого хода вследствие усиления тока утечки входных транзисторов.

Известно также устройство, содержащее два светодиода, соединенные последовательно с токоограничивающими резисторами, контактный щуп, диодный мост и источник питания.

Наличие индикации полярности напряжения постоянного тока определяется путем свечения одного соответствующего индикатора, а индикацию напряжения переменного тока определяют путем интенсивного свечения обоих индикаторов одновременно.

Недостатком данного устройства является узкий диапазон индикации входных напряжений, т.к. устройство собрано на пассивных элементах без усиления входного напряжения, а также большой ток холостого хода.

Цель достигается тем, что в устройстве для индикации полярности, рода тока и сопротивления цепи, содержащем две последовательно соединенных светодиода, источник питания, состоящий из двух элементов питания, восемь резисторов, четыре транзистора, два диода, переключатель, входные щупы, первый из которых через первый резистор, переключающий и замыкающий контакт переключателя, соединен с базами первого типа проводимости n-p-n и второго типа проводимости p-n-p биполярных транзисторов, а через размыкающий контакт переключателя соединен с затвором третьего с p-n переходои и p-каналом полевого транзистора, второй входной щуп подключен через последовательно соединенные второй и третий резисторы к первому выводу четвертого резистора и коллектору четвертого биполярного типа проводимости n-p-n транзистора, эмиттеры первого и второго транзисторов соединены между собой, а также с катодом первого и анодом второго светодиодов и со вторым выводом четвертого резистора, коллектор первого транзистора через пятый резистор соединен с положительным полюсом источника питания, а коллектор второго транзистора через шестой резистор соединен с отрицательным полюсом источника питания, анод первого светодиода соединен с положительным полюсом источника питания, а его катод соединен с анодом второго светодиода, катод которого подключен к отрицательному полюсу источника питания, затвор третьего транзистора соединен с первым выводом седьмого резистора, анодом первого диода, включенными параллельно друг другу, а второй вывод резистора и катод диода соединены с положительным полюсом источника питания, исток третьего транзистора подключен к отрицательному и положительному полюсам первого и второго элементов питания соответственно, сток третьего транзистора соединен с анодом второго диода, катод с базой четвертого транзистора, эмиттер которого соединен с отрицательным полюсом источника питания.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит входные щупы 1, 2, резисторы 3-10, переключатель 11, транзисторы 12-15, светодиоды 16, 17, диоды 18, 19, элементы питания 20, 21, контрольные точки 22-24.

Щуп 1 через резистор 3 соединен с переключающим контактом переключателя 11. Резисторы 4 и 5, соединенные последовательно между собой, соединены первым выводом резистора 4 с щупом 2 и через резистор 10 с контрольной точкой 24, а вторым выводом резистора 5 соединены с коллектором транзистора 14 и первым выводом резистора 9. У двухтактного усилителя тока с общим эмиттером на транзисторах 12 и 13 эмиттера транзисторов соединены между собой, с анодом светодиода 17, с катодом светодиода 16 и со вторым выводом резистора 9. Базы транзисторов 12 и 13 соединены между собой и с замыкающим контактом переключателя 11. Коллектор транзистора 12 через ограничительный резистор 6, как и анод светодиода 16, соединен с положительным полюсом элемента питания 20, а коллектор транзистора 13 через ограничительный резистор 7, как и катод светодиода 17, соединены с отрицательным полюсом элемента питания 21.

Усилитель тока с положительной обратной связью на транзисторах 14 и 15 содержит соединенные параллельно друг другу резистор 8 и диод 18, причем первый вывод резистор 8 и анод диода 18 соединен с затвором транзистора 15 и размыкающим контактом переключателя 11, а второй вывод резистора 8 и катод диода 18 соединены с положительным полюсом элемента питания 20. Исток транзистора 15 соединен с отрицательным и положительным полюсами питания 20 и 21 соответственно. Сток транзистора 15 соединен с анодом диода 19, катод которого соединен с базой транзистоpа 14, а эмиттер транзистора 14 соединен с отрицательным полюсом источника питания 21.

Контрольные точки 22 и 23 соединены с положительным и отрицательным полюсами элементов 20 и 21 соответственно.

Принцип действия устройства заключается в следующем.

В зависимости от положения переключающего контакта переключателя 11 происходит индикация наличия напряжения, рода тока цепи или индикация наличия сопротивления в цепи.

В положении переключающего контакта на замыкающем переключателе 11 можно производить индикацию наличия напряжения, рода тока в исследуемой цепи, автоматически определяется полярность определяемого постоянного напряжения. Например, при подаче постоянного напряжения положительной полярности относительно щупа 1 входной ток через резистор 3, переключатель 11 поступает на двухтактный усилитель тока с общим эмиттером на транзисторах 12 и 13, далее ток идет через управляющий переход база-эмиттер транзистора 12, резисторы 9, 5, 4 к щупу 2.

Одновременно исходя из усилительных свойств транзистора 12 и от положительного полюса питания 20 через резистор 6 переход коллектор-эмиттер транзистора 12, светодиод 17 к отрицательному полюсу питания 21 потечет усиленный входной ток с коэффициентом усиления усилителя на транзисторе с общим эмиттером, при этом светится светодиод 17.

При отрицательной полярности входного напряжения относительно щупа 1 входной ток через резистор 3, переключатель 1 поступает на двухтактный усилитель тока, при этом ток идет через управляющий переход база-эмиттер транзистора 13, резисторы 9, 5, 4 к щупу 2. Одновременно усиленный ток от положительного полюса питания 20 через светодиод 16, переход эмиттер-коллектор транзистора 13, резистор 7 к отрицательному полюсу питания 21, при этом светится светодиод 16.

При подаче на водные щупы 1 и 2 переменного напряжения усиленный входной ток в один полупериод проходит через светодиод 16, а в другой полупериод проходит через светодиод 17. При этом оба светодиода светятся одинаково интенсивно, сигнализируя о наличии переменного напряжения.

Для контроля работоспособности устройства имеются три контрольные точки 22-24, к которым присоединяют щуп 1. В положении переключающего контакта на замыкающем переключателе 11, касаясь щупом 1 контрольной точки 22, ток идет от положительного полюса элемента питания 20 через щуп 1, резистор 3, базу-эмиттер транзистора 12, светодиод 17 к отрицательному полюсу источника питания 21, одновременно усиленный ток идет от положительного полюса питания 20 через резистор 6, переход коллектор-эмиттер транзистора 12, светодиод 17 к отрицательному полюсу источника питания 21. При исправности указанных элементов данной части схемы светится светодиод 17.

Аналогично касаясь щупом 1 контрольной точки 23, ток идет от положительного полюса источника питания 20 через светодиод 16, период эмиттер-база транзистора 13, переключатель 11, резистор 3, щуп 1 к отрицательному полюсу источника питания 21 и одновременно усиленный ток идет от положительного полюса источника питания 20 через светодиод 16, переход эмиттер-коллектор транзистора 13, резистор 7 к отрицательному полюсу источника питания 21. При исправности указанных элементов данной части схемы светится светодиод 16.

В положении переключающего контакта на размыкающем переключателе 11, касаясь щупом 1 контрольной точки 24, ток идет от положительного полюса питания 20 через резистор 8, переключатель 11, резистор 3, щуп 1, резисторы 10, 4, 5, 9, светодиод 17 к отрицательному полюсу элемента питания 21, который в свою очередь даст падение напряжения на резисторе 8 и наведет управляющий ток от положительного полюса питания 21, канал исток-сток транзистора 15, диод 19, переход база-эмиттер транзистора 14 к отрицательному полюсу элемента питания 21. Транзистора 14 открывается и от положительного полюса питания 20 через светодиод 16, ограничительный резистор 9, открытый переход коллектор-эмиттер транзистора 14 к отрицательному полюсу питания 21 потечет усиленный ток входного управляющего тока транзистора 14, при этом светится светодиод 16, если исправны элементы данной части схемы.

Устройство может быть использовано для определения наличия сопротивления в исследуемой цепи. Для этого переключатель 11 переводят в положение переключающего контакта на размыкающем, а щупы 1 и 2 замыкают на исследуемое сопротивление. Тогда ток идет от положительного полюса элемента 20 через резистор 8, переключатель 11, резистор 3, щуп 1, исследуемое сопротивление, щуп 2, резисторы 4, 5, 9, светодиод 17 к отрицательному полюсу питания 21, при этом на резисторе 8 создается падение напряжения, которое уменьшает запирающее напряжение затвор-исток транзистора 15, равное напряжению питания 20 при разомкнутых щупах 1 и 2, что ведет к появлению тока в цепи стока, т. е. ток идет от положительного полюса питания 21, канал исток-сток транзистора 15, диод 19, переход база-эмиттер транзистора 14 к отрицательному полюсу питания 21. Приращение управляющего тока в цепи база-эмиттер транзистора 14 дает приращение тока коллектора этого транзистора и уменьшение падения на переходе коллектор-эмиттер и по цепи от положительного полюса питания 20 через светодиод 16, резистор 9, переход коллектор-эмиттер транзистора 14 к отрицательному полюсу элемента питания 21 потечет усиленный ток, что в свою очередь увеличит падение напряжения на резисторе 8 и даст новое приращение управляющего тока транзистора 14, увеличение тока коллектора транзистора 14, уменьшение падения напряжения на переходе коллектор-эмиттер и вновь увеличение падения напряжения на резисторе 8 и т.д. до насыщения транзистора 14, при этом светится светодиод 16.

Предельное значение индицируемого сопротивления зависит от номиналов резисторов 8, 4, 5, а от резистора 9 зависит мало, т.к. оно намного меньше вышеназванных.

Таким образом, при положении переключающего контакта на замыкающем переключателе при подаче постоянного напряжения положительной полярности относительно щупа 1 интенсивно светится светодиод 17, а при подаче напряжения отрицательной полярности интенсивно светится светодиод 16. При подаче на входные щупы 1 и 2 переменного напряжения оба светодиода интенсивно светятся. При замыкании щупов 1 и 2 на исследуемое сопротивление при положении переключающего контакта на размыкающем переключателе светится светодиод 16.

Сравнительные испытания данного устройства с известными показали, что оно обеспечивает однозначное определение неизвестной цепи лишь одним зацеплением щупов. Ток холостого хода устройства в номинальном диапазоне питающих напряжений (2-2,5 В, т.е. по 1-1,25 В на каждый элемент питания) не превышает 1 мкА. При увеличении напряжения питания более 2,6 В ток покоя схемы резко возрастает. Наличие контрольных точек для проверки работоспособности устройства расширяет его эксплуатационные способности. В итоге сокращается время проведения электротехнических и наладочных работ при настройке и проверке аппаратуры, увеличивается время работы от одного комплекта заряженных элементов питания и их срок службы.

Формула изобретения

Устройство для индикации полярности, рода тока и сопротивления цепи, содержащее два светодиода, два источника питания, отрицательный полюс первого из которых соединен с положительным полюсом второго источника питания, первый и второй транзисторы, базы которых объединены, третий и четвертый транзисторы, эмиттер первого из которых через первый резистор соединен с коллектором первого транзистора, второй резистор, первый вывод которого соединен с первым входным щупом, второй входной щуп, третий и четвертый последовательно соединенные резисторы, пятый резистор и переключатель, отличающееся тем, что в него введены три резистора и два диода, причем второй вывод второго резистора соединен с переключающим контактом переключателя, замыкающий контакт которого соединен с базой первого транзистора, эмиттер которого соединен с катодом первого светодиода, анодом второго светодиода, одним из выводов третьего резистора и через пятый резистор соединен с коллектором третьего транзистора, эмиттер которого соединен с отрицательным полюсом второго источника питания и катодом второго световода, база с катодом первого диода, анод которого соединен со стоком четвертого транзистора, исток которого соединен с отрицательным полюсом первого источника питания, затвор с размыкающим контактом переключателя, первым выводом шестого резистора и анодом второго диода, катод которого соединен с положительным полюсом первого источника питания, вторым выводом шестого резистора, анодом первого светодиода и через седьмой резистор соединен с коллектором второго транзистора, а второй входной щуп соединен с одним из выводов четвертого резистора и через восьмой резистор с контрольной шиной.

РИСУНКИ

Рисунок 1