Стабилизатор двуполярных импульсов тока

 

661526

Союз Советских

Социалистим вских

Республик

М. Кл. б 05Г1/56

Государственный нвмнтет

СССР не делам нзебретеннй н етнрытнй

УДК621.316.

722.1 (088.8) (72) Авторы изобретения

М. А. Радько и А. А. Лирцман (71) Заявитель (54) СТАБИЛИЗАТОР ДВУХПОЛЯРНЫХ ИМПУЛЬСОВ ТОКА

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника электропитания различных устройств, в том числе тензометрических и термометрических измерительных систем.

Известен стабилизатор тока на транзисторе, эмиттер которого соединен с нулевой шиной через эталонный резистор, база подключена к источнику опорного напряжения, в качестве которого может быть использован стабилитрон, а в цепь коллектора включен резистор нагрузки (1).

Недостатком известного стабилизатора тока является низкий коэффициент стабилизации, а также невозможность стабилизировать токи различных полярностей.

Наиболее близкии по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является стабилизатор двухполярных импульсов тока, содержащий операционный усилитель, двухполярный источник напряжения для питания операционного усилителя, эталонный резистор, включенный между выходом операционного усилителя и одним из выводов для подключения нагрузки, источник управляющих импульсов опорного напряжения, выход которого включен между точкой соединения эталонного резистора с указанным выводом для подключения нагрузки и неинвертирующим входом операционного усилителя (2).

Недостатком такого стабилизатора является невозможность стабилизации тока различной полярности. Кроме того, при использовании такого стабилизатора для стабилизации импульсов тока питания измеритель1О ных схем, в которых для повышения точности измерений необходима развязка пэ постоянному току измерительных цепей от сети питания, является либо низкой помехоустойчивость схемы, либо увеличивается сложность источника литания операционного уси1 лителя (например, в тензометрических измерительных схемах). Действительно операционный усилитель стабилизатора должен при этом иметь развязанный от остальных цепей источник литания. Причем для устранения влияния импульсных помех источник питания усилителя должен иметь минимальную емкость между сетью питания и цепями питания операционного усилителя, чего достичь достаточно сложно (необходимо использовать, например, пьезоэлектрические транс661526 форматоры, трансформатор с объемным витком и пр.).

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей стабилизатора двухполярных импульсов тока.

Для этого в стабилизаторе двухполярных импульсов тока, содержащем операционный усилитель, двухполярный источник напряжения для питания операционного усилителя, эталонный резистор, включенный между выходом операционного усилителя и одним из выводов для подключения нагрузки, источник управляющих импульсов опорного напряжения, выход которого включен между точкой соединения эталонного резистора с указанным выводом для подключения нагрузки и неинвертирующим входом операционного усилителя, он снабжен трансформатором двухполярных импульсов напряжения с первичной и, по крайней мере, двумя вторичными обмотками, двумя МОП-транзисторами, а источник управляющих импульсов двухполярного напряжения выполнен на параметрических стабилизаторах положительного и отрицательного напряжений, каждый из которых состоит из стабилитрона, ограничительного резистора и делителя опорного напряжения, причем крайние выводы первой вторичной обмотки трансформатора соединены с затворами упомянутых МОП-транзисторов, средний вывод соединен с истоками

МОП-транзисторов и с неинвертирующим входом операционного усилителя, стоки

МОП-транзисторов соединены с соответствующими выходами делителей опорного напряжения параметрических стабилизаторов положительного и отрицательного напряжений, входы которых соединены с выводами второй вторичной обмотки трансформатора, а выход операционного усилителя соединен с его инвертирующим входом, трансформатор снабжен третьей и четвертой вторичными обмотками, подключенными одними выводами к соответствующим крайним выводам первой вторичной обмотки согласно, а другими выводами через диоды соединены с объединенными подложками МОП-транзисторов, в качестве двухполярного источника напряжения использован двухполярный выпрямитель, вход которого соединен с пятой дополнительно введенной обмоткой транс.форматора, а трансформатор снабжен шестой вторичной обмоткой, включенной между общей точкой двухполярного источника напряжения и другим выводом для подключения нагрузки.

На чертеже изображен стабилизатор двухполярных импульсов тока,принципиальная электрическая схема.

Стабилизатор двухполярных импульсов тока содержит операционный усилитель.l, двухполярный источник 2 напряжения для питания операционного усилителя 1, эталонный резистор 3, включенный между выходом операционного усилителя и одним из выводов для подключения нагрузки, источник уп10

55 равляющих импульсов опорного напряжения, выполненный на параметрических стабилизаторах, каждый из которых состоит соответственно из стабилитронов 4, 5, ограничительных резисторов 6, 7 и делителей опорного напряжения на резисторах 8, 9 и 10, 11, трансформатор 12 двухполярных импульсов напряжения с первичной 13 и шестью вторичными 14 — 19 обмотками и два МОП-транзистора 20, 21, причем крайние выводы обмотки 14 соединены с затворами транзисторов 20, 21 и с неинвертирующим входом усилителя 1, стоки транзисторов 20, 21 соединены с соответствующими выходами делителей опорного напряжения, входы которых соединены с выводами обмотки 15, одни выводы обмоток 16, 17 подключены к крайним выводам обмотки 14, а другие через диоды

22, 23 — к подложкам транзисторов 20, 21, в качестве двухполярного источника напряжения использован двухполярный выпрямитель 24, входом подключенный к крайним выводам обмотки 18, а выходом — к последовательно соединенным конденсаторам 25, 26, при этом средняя точка обмотки 18 соединена через обмотку 19 с другим выводом для подключения нагрузки.

Стабилизатор двухполярных импульсов тока работает следующим образом.

При отсутствии импульсов питания нагрузки на первичной обмотке 13 трансформатора 12, на вторичных обмотках трансформатора 12 напряжения нет, схема стабилизатора тока, включая и цепи питания операционного усилителя 1, обесточена и не потребляет энергии.

При подаче в первичную обмотку трансформатора, положительного импульса, на вторичной обмотке питания нагрузки 19 трансформируется положительный импульс. Одновременно на шинах питания операционного усилителя появляется напряжение питания, снимаемое с обмотки 18 и выпрямленное мостовой схемой 24. Начинает протекать ток по цепи, состоящей из резистора нагрузки, эталонного резистора 3, выхода шин питания операционного усилителя 1, обмотки

18 питания операционного усилителя и обмотки 19 питания нагрузки.

Одновременно положительный импульс с выхода обмотки 15 трансформатора подается на источник управляющих импульсов опорного напряжения, состоящий из резисторов 6, 7 и стабилитронов 4, 5. При этом стабилитроном 4 будет выделен стабилизированный импульс напряжения.

Кроме того, отрицательный импульс напряжения, снимаемый с половины обмотки

14, открывает транзистор 21, подключая средний вывод резистора 8 делителя опорного напряжения к неинверсному входу операционного усилителя 1. Операционным усилителем производится сравнение падения напряжения на эталонном резисторе 3 и опорного напряжения, выделяемого стабилитроном 4 661526 и снимаемого со среднего вывода резистора

8, что приводит к изменению напряжения на выходе операционного усилителя относительно его шин питания. Это изменение напряжения изменяет ток в нагрузке, так как оно включено последовательно с обмоткой 19 питания нагрузки. Напряжение между выходом операционного усилителя и его шинами питания, а следовательно, и ток, протекающий через резистор нагрузки, изменяется до тех пор, пока падение напряжения на эталонном резисторе 3 не сравняется с напряжением источника опорного напряжения. А так как эталонный резистор 3 включен последовательно с резистором нагрузки, через этот резистор будет протекать стабилизирован- 15 ный ток в течение действия положительного импульса питания нагрузки.

При изменении полярности импульса в первичной обмотке 13 трансформатора 12, на обмотке 19 питания нагрузки будет трансформироваться отрицательный импульс. Вышеописанный процесс стабилизации теперь уже отрицательного импульса тока в нагрузке повторяется, так как отрицательным импульсам с половины обмотки 14 открывается транзистор 20, подключая к инверсному входу операционного усилителя 1 отрицательное опорное напряжение, выделяемое стабилитроном 5.

Резисторами 9, 11 осуществляется грубая, а резисторами 8, !0 — точная независимая регулировка значений положительного и отрицательного опорных напряжений, подаваемых на неинверсный вход операционного усилителя, что приводит к независимой регулировке тока в нагрузке в течение действия положительного и отрицательного импуль35 сов.

Так как для нормальной работы МОПтранзисторов напряжение на подложке каждого транзистора должно быть более положительным относительно всех остальных электродов транзистора, это напряжение вы- 4О деляется выпрямительными диодами 22 и

23 с обмоток 16 и 17 последовательно и согласно включенных с обмоткой 14.

Применение данного стабилизатора двухполярных импульсов тока позволяет при незначительном усложнении схемы получить 45 качественно новую функциональную возможность — стабилизировать импульсы тока, изменяющихся по направлению. При существующей тенденции все более широкого использования импульсного питания параметрических датчиков и измерительных схем данное

50 устройство позволит значительно повысить точность измерения без существенного усложнения цепей импульсного питания.

Формула изобретения

1. Стабилизатор двухполярных импульсов тока, содержащий операционный усилитель, двухполярный источник напряжения для питания операционного усилителя, эталонный резистор, включенный между выходом операционного усилителя и одним из выводов для подключения нагрузки, источник управляющих импульсов опорного напряжения, выход которого включен между точкой соединения эталонного резистора с указанным выводом для подключения нагрузки и неинвертивующим входом операционного уси— лителя, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей стабилизатора, он снабжен трансформатором двухполярных импульсов напряжения с первичной и, по крайней мере, двумя вторичными обмотками, двумя МОП-транзисторами, а источник управляющих импульсов опорного напряжения выполнен на параметрических стабилизаторах положительного и отрицательного напряжений, каждый из которых состоит из стабилитроHà, ограничительного резистора и делителя опорного напряжения, причем крайние выводы первой вторичной обмотки трансформатора соединены с затворами упомянутых МОП-транзисторов, средний вывод соединен с истоками МОПтранзисторов и с неинвертирующим входом операционного усилителя, стоки MOH-транзисторов соединены с соответствующими выходами делителей опорного напряжения параметрических стабилизаторов положительного и отрицательного напряжений, входы которых соединены с выводами второй вторичной обмотки трансформатора, а выход операционного усилителя соединен с его инвертирующим входом.

2. Стадилизатор по п. 1, отличающийся тем, что трансформатор снабжен третьей и четвертой вторичными обмотками, подключенными одними выводами к соответствующим крайним выводам первой вторичной обмотки согласно, а другими выводами через диоды соединены с объединенными подложками МОП-транзисторов.

3. Стабилизатор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве двухполярного источника напряжения использован двухполярный выпрямитель, вход которого соединен с пятой дополнительно введенной обмоткой трансформатора.

4. Стабилизатор по пп. 1, 2 и 3, отличающийся тем, что трансформатор снабжен шестой вторичной обмоткой, включенной между общей точкой двухполярного источника напряжения и другим выводом для подключения нагрузки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Хо 514281, кл. G 05 F 1)56, 1975.

2. Журнал «Электроника» (США), 1976, Ке 1, с. 65 — 66.

661526

Редактор Ю. Челюкаиов

Заказ 2474/50

Составитель Л.Мордвинкина

Техред О. Луговая Корректор О. Билак

Тираж 1014 Подписное

ЦН ИИ ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб;, д. 4/5 филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4