Устройство для стабилизации тока

 

Изобретение может использоваться для анализа изотопного состава в производстве разделения урановых и трансурановых элементов, преимущественно для запитки электрохимических ячеек (ЭХЯ) в установках электролитического нанесения проб альфа-излучающих изотопов. Устройство содержит задатчик тока и датчик тока, соединенные с входами операционного усилителя, который своим выходом подключен к базе силового регулирующего транзистора 3, нагрузку, в качестве которой является электрохимическая ячейка, снабженный задатчиком напряжения широтно-импульсный стабилизатор, выход которого подключен к коллектору транзистора 3, а эмиттер транзистора соединен с управляющим входом стабилизатора и анодом ЭХЯ, катод которой подключен к датчику тока. Изобретение позволяет обеспечить технический результат - высокий КПД и надежность работы устройства при обеспечении поддержания в ЭХЯ заданного значения тока с высокой точностью. 1 ил.

Изобретение относится к стабилизаторам тока и может быть использовано для анализа изотопного состава в производстве разделения урановых и трансурановых элементов, преимущественно для запитки электрохимических ячеек (далее ЭХЯ) в установках электролитического нанесения проб альфа-излучающих изотопов.

Пробы наносятся на подложку путем электролиза в виде тонкого, почти мономолекулярного слоя. Для получения проб высокого качества к источникам тока, с помощью которых осуществляется электролиз, предъявляются высокие требования: ток, протекающий через ЭХЯ, должен оставаться неизменным (изменения допускаются не более 1%) даже при изменениях сопротивления ЭХЯ в процессе электролиза в широких пределах. Пробы, полученные в таких условиях, обсчитываются в импульсной ионизационной камере по энергиям альфа-частиц и их интенсивности для получения энергетического спектра. Спектр затем обрабатывается и определяется изотопный состав пробы, т.е. какие изотопы и в каком количестве присутствует в пробе.

Известно устройство импульсной стабилизации напряжения С.А. Эраносян, Сетевые блоки питания с высокочастотными преобразователями, "Энергоатомиздат", 1991 г., Ленинград, стр. 22, рис. 1.4а.

В этом устройстве осуществляется регулирование выходного напряжения. Устройство содержит низкочастотный выпрямитель с высокочастотным и низкочастотным фильтрами, устройство ограничения зарядного тока, высоковольтный транзисторный преобразователь, силовой выпрямитель с фильтром и схему управления. При использовании этого устройства для стабилизации тока схема соединена с датчиком тока (резистор порядка 10^-2 Ом), подключенным последовательно с нагрузкой.

Устройство обладает высоким КПД. Однако сопротивление ЭХЯ в процессе работы меняется в широких пределах, включающих области, в которых схема стабилизации из-за "длинной" обратной связи возбуждается и устройство становится непригодно для работы.

Известно устройство стабилизации тока А.Г. Алексеенко, И.И. Шагурин, Микросхемотехника, издательство "Радио и связь", Москва, 1982 г., стр. 380, рис.11б - прототип.

Устройство содержит датчик и задатчик тока, операционный усилитель, силовой транзистор и нагрузку. Разность напряжений с датчика и задатчика тока через операционный усилитель управляет силовым транзистором, в эмиттерной цепи которого включена нагрузка. Обратная связь: датчик тока - операционный усилитель - силовой транзистор - нагрузка - датчик тока, "короткая", поэтому устройство не возбуждается при любых нагрузках и пригодно для запитки ЭХЯ.

В этом устройстве силовой транзистор запитан постоянным напряжением, которое в процессе поддержания постоянного тока в нагрузке распределяется между нагрузкой и силовым транзистором. При падении сопротивления нагрузки напряжение на ней также падает, что приводит к росту напряжения на силовом транзисторе его перегреву и выходу из строя.

При этом не только расходуется лишняя энергия на нагрев транзистора, но и снижается КПД и надежность работы всего устройства.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании устройства для стабилизации тока с высокой точностью и поддержания стабильно низкого (до 2 В) падения напряжения на силовом транзисторе с обеспечением высокого КПД и надежности работы устройства.

Поставленная задача решается тем, что известное устройство для стабилизации тока, содержащее датчик и задатчик тока, соединенные с входам операционного усилителя, подключенного своим выходом к базе силового регулирующего транзистора, эмиттер которого через нагрузку соединен с датчиком, при нагрузке, в качестве которой является электрохимическая ячейка (ЭХЯ), устройство дополнительно содержит, снабженный задатчиком напряжения широтно-импульсный стабилизатор, выход которого подключен к коллектору транзистора, а эмиттер транзистора соединен с управляющим входом широтно-импульсного стабилизатора и анодом ЭХЯ, катод которой подключен к датчику.

На чертеже представлена блок-схема заявленного устройства для стабилизации тока.

Устройство содержит широтно-импульсный стабилизатор напряжения (ШИС) 1, включенный в сеть ~ 220 В, напряжение на выходе которого определяется его задатчиком напряжения 2, силовой регулирующий транзистор 3, операционный усилитель 4, задатчик тока 5, датчик тока 6, электрохимическую ячейку (ЭХЯ) 7, общую точку 8 и балластные резисторы 9, 10, 11.

Стабилизатор 1 своим силовым выходом подключен к коллектору транзистора 3 и далее через его эмиттер, анод-катод ЭХЯ-7 и датчик тока 6 - к общей точке 8. Управляющий вход ШИС 1 подключен к эмиттеру транзистора 3. На положительный вход операционного усилителя 4 через балластный резистор 11 подключен регулируемый задатчик тока 5. Выход операционного усилителя 4 соединен с базой управляемого им транзистора 3, эмиттер которого через анод-катод ЭХЯ-7 и датчик тока 6 связан с общей точкой 8. Напряжение с датчика 6 через балластный резистор 9 подается на отрицательный вход операционного усилителя 4.

Работа устройства стабилизации осуществляется следующим образом.

Основным элементом управления в устройстве является транзистор 3, управление которым осуществляется по двум петлям (цепочкам) обратной связи.

Первая цепочка высокоточная, с большим коэффициентом усиления (К>2•10⁵).

Она содержит: задатчик тока 5, балластный резистор 11, положительный вход операционного усилителя 4, база силового транзистора 3, анод-катод ЭХЯ-7, балластный резистор 9, отрицательный вход операционного усилителя 4. Эта цепь обеспечивает поддержание тока в ЭХЯ-7 на заданном значении. Величина тока задается с помощью задатчика тока 5 и поддерживается на заданном уровне путем сравнения напряжений на задатчике 5 и датчике 6, отработки разности этих напряжений операционным усилителем 4 и далее транзистором 3 до нулевого уровня.

Вторая цепочка имеет небольшой коэффициент усиления К=10, установленный опытным путем.

Она содержит: задатчик напряжения 2, широтно-импульсный стабилизатор ШИС 1, коллектор-эмиттер транзистора 3, управляющий вход ШИС 1, который поддерживает напряжение между коллектором и эмиттером транзистора 3 на уровне 1...2 В. Это напряжение задается задатчиком напряжения 2 и поддерживается на этом уровне путем отработки разницы напряжений между задатчиком 2 и падением напряжения на коллекторно-эмиттерном переходе транзистора 3 до нулевого уровня с помощью ШИС 1.

Введение в устройство широтно-импульсного стабилизатора ШИС 1 с задатчиком напряжения 2, коэффициент усиления которого подобран опытным путем и равен К=10, позволяет исключить влияние ШИС 1 как на первую высокоточную цепь управления, так и на собственную цепь ШИС 1.

В результате введения в устройство широтно-импульсного стабилизатора с задатчиком напряжения и его связей достигнуто стабильно низкое падение напряжения на силовом транзисторе и, таким образом, обеспечен высокий КПД и надежность работы всего устройства. При этом обеспечивается поддержание заданного значения тока в ЭХЯ с высокой точностью.

Формула изобретения

Устройство для стабилизации тока, содержащее датчик и задатчик тока, соединенные с соответствующими входами операционного усилителя, подключенного своим выходом к базе силового регулирующего транзистора, отличающееся тем, что нагрузкой является электрохимическая ячейка (ЭХЯ), кроме того, устройство дополнительно содержит снабженный задатчиком напряжения широтно-импульсный стабилизатор, выход которого подключен к коллектору силового регулирующего транзистора, эмиттер которого соединен с управляющим входом широтно-импульсного стабилизатора и через анод-катод ЭХЯ и датчик тока подключен к общей точке.

РИСУНКИ

Рисунок 1