Коммутатор двухполярного источника эталонного напряжения с температурной компенсацией
Владельцы патента RU 2738346:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") (RU)
Изобретение относится к электронной коммутационной технике и может быть использовано в устройствах автоматики, в прецизионных аналоговых и аналого-цифровых системах. Коммутатор двухполярного источника эталонного напряжения состоит из источников питания, четырех ключей полярности, двух коммутирующих ключей, стабилитрона, работающего в импульсном режиме, блока смещения, включающего два ключа смещения и два токозадающих резистора, обеспечивающих коммутацию тока стабилизации стабилитрона с общей точкой, что позволяет исключить ошибку, связанную с проходным сопротивлением ключей при выполнении равенства Техническим результатом изобретения является осуществление температурной инвариантности двухполярного источника эталонного напряжения, упрощение схемы и повышение стабильности ее работы. 1 ил.
Изобретение относится к электронной коммутационной технике и может быть использовано в устройствах автоматики, в прецизионных аналоговых и аналого-цифровых системах.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является Переключатель аналоговых сигналов SU 1378045 который состоит из инверторов, блока смещения и мостовой схемы. Аналог имеет ряд недостатков: мостовая схема и блок смещения значительно усложняют схему, имеют температурную зависимость, а также сложны в реализации. При этом в схеме стабилизируется сопротивление электронного ключа, что требует схемы измеряющей сопротивления.
Задача изобретения заключается в упрощении схемы, повышении стабильности ее работы и осуществлении температурной инвариантности двухполярного источника эталонного напряжения.
Для решения задачи предложен коммутатор двухполярного источника эталонного напряжения с введенным в него блоком смещения, который обеспечивает температурную компенсацию.
На рис. 1 приведена принципиальная схема коммутатора двухполярного источника эталонного напряжения с температурной компенсацией, где:
- источник отрицательного и положительного питания;
1, 2, 4, 5 - ключи полярности;
3, 6 - коммутирующие ключи;
7, 8 - ключи смещения;
9 - стабилитрон;
R - токоограничительные резисторы;
R* - токозадающие резисторы.
Источники питания соединяются с токоограничительными резисторами R и токозадающими резисторами R* через ключи полярности 2, 5 и ключи смещения 7, 8 соответственно. Токоограничительные резисторы R соединяются со стабилитроном 9.
Токоограничетельные резисторы R, токозадающие резисторы R* и стабилитрон 9 соединены с общей точкой источников питания, ключами полярности 1 и 4, коммутирующими ключами 3 и 6 и выходом схемы.
При замыкании ключей полярности 1 и 2 формируется положительное напряжение стабилизации стабилитрона 9, при замыкании ключей полярности 4, 5 - отрицательное. С помощью коммутирующих ключей 3 и 6 осуществляется коммутация положительного и отрицательного напряжений соответственно с нагрузкой. Ключи смещения 7 и 8 и токозадающие резисторы R* обеспечивают температурную инвариантность данного двухполярного источника эталонного напряжения.
В качестве блока смещения используются ключи смещения 7, 8 и токозадающие резисторы, через которые протекает ток, подобранный таким образом, чтобы исключить ошибку коммутации, связанную с изменением сопротивления ключей 1, 4 или ключей 1, 4, 3, 6 в зависимости от требуемой задачи.
Суммарный ток, протекающий через ключи полярности 1 или 4 равен току, протекающему через коммутирующие ключи 3 или 6 соответственно. Изменение сопротивления ключей 1, 3 и 4, 6 - приблизительно равны, так как выполнены с одинаковыми технологическими погрешностями. Таким образом, изменение падения напряжения на открытых ключах относительно эталонного напряжения равны по модулю, но различны по знаку.
где
Uэт - формируемое эталонное напряжение;
Uст - напряжение стабилизациии стабилитрона;
iэт - эталонный ток, протекающий через нагрузку;
iст - ток стабилизации стабилитрона;
rкл - переходное сопротивление ключа.
iком - ток коммутации равный напряжению питания Uпит деленное на сумму сопротивлений резистора R*, и сопротивлений ключей 8, 4 или 7, 1.
В случае протекания через коммутирующие ключи 3 и 6 токов значительно меньших тока стабилизации стабилитрона, суммарный ток принимается равным нулю.
Источник эталонного напряжения содержит ключи смещения 7 и 8 и токозадающие резисторы R* для задания компенсирующего тока. Стабилитрон 9 работает в импульсном режиме при открытии ключей 2, 1 и 5, 4. Токоограничительные резисторы R - задают ток стабилизации. Коммутирующие ключи 3 и 6 - обеспечивают коммутацию эталонного напряжения с нагрузкой. Во время формирования отрицательного или положительного напряжения, во время срабатывания ключей полярности 1,2 или 4,5 с помощью ключей смещения 7 и 8 соответственно и резисторов R* формируется компенсирующий ток. Резисторы R* обеспечивают равенство 
что обеспечивает протекание через ключи
полярности 1, 4 нулевого тока. Так же, данная схема может компенсировать и падение напряжения на коммутирующих ключах 3 и 6, при выполнении условия 
в таком случае 
Техническим результатом предлагаемого изобретения является осуществление температурной инвариантности двухполярного источника эталонного напряжения, упрощение схемы и повышение стабильности ее работы.
Таким образом, предложен коммутатор двухполярного источника эталонного напряжения с температурной компенсацией, состоящий из четырех ключей полярности 1, 2, 4, 5, двух коммутирующих ключей 3, 6, стабилитрона 9, работающего в импульсном режиме, отличающийся тем, что добавлен дополнительный блок смещения, включающий два ключа смещения 7, 8 и два токозадающих резистора R*, обеспечивающих коммутацию тока стабилизации стабилитрона 9 с общей точкой, что позволяет исключить ошибку, связанную с проходным сопротивлением ключей при выполнении равенства: 
Коммутатор двухполярного источника эталонного напряжения с температурной компенсацией, состоящий из стабилитрона, работающего в импульсном режиме и подключенного вместе с токоограничительными резисторами к источникам питания и общей точке, четырех ключей полярности, определяющих полярность коммутируемого напряжения, двух коммутирующих ключей, подключающих сформированное напряжение заданной полярности к нагрузке, отличающийся тем, что добавлен блок смещения, включающий два ключа смещения и два токозадающих резистора, обеспечивающих коммутацию тока стабилизации стабилитрона с общей точкой.
