Многоканальное резервированное аналоговое устройство

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сеюз Советских

Социалистических

Реслублик о>984О89

l (61) Дополнительное к авт. сеид-ву 9932661 (22) Заявлено 27.06.80 (23) 2949661/18-24 с присоединением заявки М(23) ПриоритетОпубликовано 231282. Бюллетень М? 47

Дата опубликования описания 23.12.82

Р М К з б

Н 05 К 10/00

G 05 В 19/33

Н 03 К 19/23

Государственным комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК625- 681 °, 3. 19 (088. 8) (72) Авт изобр (71) Заявитель (54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ РЕЗЕРВИРОВАННОЕ АНАЛОГОВОЕ

УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к области приборостроения и автоматики и может ,быть использовано для построения мно,гократно резервированных систем управ- 5 ления с несколькими. управляющими выходами повышенной надежности и точнос: ти.

По основному авт.св. 9 932661 известно многоканальное аналоговое устройство, содержащее в каждом канале операционный усилитель и диодные функциональные преобразователи, выход каждого операционного усилителя соединен с первыми входами соответствующих основного и дополнительных диодных функциональных преобразователей, инверсный вход каждого операционного усилителя через масштабный резистор в обратной связи соединен с выходом допблнительного диодного функционального преобразователя и с выходом устройства, вторые входы дополнительных диодных функциональных преобразователей объединены между собой в одну точку и йодключены к выходу основного устройства, а каждый вход устройства через входной масштабный резистор соединен с входом соответствующего операционного усилителя t 1 1.

Недостатком известного устройства является отсутствие в нем блока контроля исправного состояния i-ro резервируемого канала с сигнализацией об отказе канала.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства, в частности, посредством сигнализации об отказе одного из резервируемых каналов.

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальное резервированное аналоговое устройство введены ключ и диодный мост с двумя балансными резисторами, однонаправленная диагональ которого подключена к положительному и отрицательному полюсам источника постоянного напряжения со средней точкой, соединенной с общей нулевой шиной устройства, один

Вывод другой диагонали диодного моста подключен к выходу соответствующего операционного усилителя, второй вывод — к первому входу соответствую.щего дополнительного диодного функционального преобразователя, первый вход и первый выход ключа подключены к выходному и входному выводам однонаправленной диагонали диодного маста второй вход ключа соединен с по984089 ложительным полюсом внешнего источника постоянного напряжения, отрицательный полюс которого объединен с общей нулевой шиной, а второй выход ключа соединен с выходом контроля устройства.

При этом ключ содержит два транзистора противоположного типа проводимости и два резистора, причем база первого транзистора соединена с первым выходом ключа, а коллектор через .два последовательно включенных резистора соединен с вторым входом ключа и эмиттером второго транзистора, база которого подключена к общей точке соединений резисторов, а коллектор - к второму выходу ключа.

На чертеже представлена блоксхема многОканального резервированного аналогового устройства.

Устройство состоит из блоков 1 и 2 основного устройства, а в каж- 20 дом резервируемом канале из блока контроля, содержащего ключ 3 и диодный мост 4. Однонаправленная диагональ диодного моста 4 (выводы 5 и 6) через два балансных резистора .7 и 8 25 соединена с положительным 9 и отрицательным 10 полюсами, источника постоянного напряжения (не показан) со средней точкой 11, объединенной с общей нулевой шиной устройства. Один 30 вывод 12 другой диагонали диодного моста 4 подключается к выходу с оответствующего операционного усилителя

13 основного устройства 2,второй вывод 14 этой же диагонали диодного 35 моста 4 соединяется с первым входом

15 соответствующего дополнительного диодного функционального преобразователя основного устройства 2, пер" вый вход 16 и первый выход 17 ключа 4О

3 подключается к выходному 6 и входному 5 выводам однонаправленной диагонали диодного моста 4. Второй вход

18 ключа 3 соединяется с положительным полюсом 19 внешнего источника постоянного напряжения +U (не показан)„ отрицательный полюс 20 которого объединяется с общей шиной устройства. Второй выход 21 ключа 3 соединяется с выходом 22 контроля устройства. Каждый ключ 3 содержит первый

n-p-n 23, второй р-и-р 24 транзис.торы и два резистора 25 и 26, причем база первого транзистора 23 соединяется с первым входом 16 ключа 3, эмиттер — с ее первым выходом 17, а коллектор, через два последовательно включенных резистора 25 и 26, сое.диняется с вторым входом 18 ключа 3 и эмиттером второго транзистора 24, база которого подключается к общей 60 точке соединения резисторов 25 и 26, а коллектор - к второму выходу ключа 3.

Устройство работает следующим образом. 65

Блок контроля реализует выходную пороговую характеристику вида

"0" (СР пРи(1вм„(1б е„ (1) "1" (+U) при ) ?эых(7 Io

2(Е( о (2) где Š— напряжение источника питания относительно средней точки и выходного тока I операционного усилителя

13> значение-которого определяется суьмой двух токов согласно выражения где I -. значение тока в нагрузке

i-го резервируемого канала;

R =R +к -„ ограничительный резистор

ort в выходной цепи i-ro канала (показан штриховой линией);

R — сопротивление нагрузки (не показано);

I, - значение тока в обратной ос связи операционного усилителя 13.

При значениях (I>,„(

При выполнении условия R,,R +R + R ) падением напряжения на дйнамическом сопротивлении R открытого ди одного моста 4 и резисторе в дополнительном диодном функциональном преобразователе основного устройства 2Рэ© „рт тока I.z, ìoæío пренебречь и считать, что напряжение íà i-ом выгде е - напряжение на выходе 22 контроля устройства;

I+ < значение выходного тока операционного усилителя 13;

Io - значение тока ограничения в однонаправленной диагонали диодного моста 4;

+U — напряжение внешнего источника постоянного напряжения (non c 19).

Физические процессы в блоке контроля рассматриваются в двух режимах работы: исправное состояние i-го резервируемого канала, когда 1 „,<(<1 отказ в i-oM резервируемом канале, когДа(I>yx(7 "с

Исправное состояние. Величина внут реннего динамического сопротивления

В диодного моста 4 зависит от разности величин двух токов: тока ограничения I в однонаправленной диагонао ли диодного моста 4 (выводы 5 и 6), значение которого определяется выражением

984089

-е„, (5)

15 е вы ;

При выполнении условия к 7 В, . значение выходного тока определяется выражением Д о (б) 20 где е . напряжение на выходе опера01 ционного усилителя 13 (точка А).

Пропорцион BJlbHo изменению, ны выходного напряжения операционного усилителя-ео„.и его знака происходит сложение или вычитание частей токов Ie

; пР Р жения на открытом диоде), а именно:

+е„Р на эмиттере и -еп на базе транзистора относительно средней точки источника питания. Транзистор 23 за- перт и"на выходе 22 контроля напря- 45 жение 0 В,соответствующее логическому состоянию исправности i-го резервируемого канала - "0".

Отказ в i-м канале.

При рассогласовании потенциалов между точкой В и точкой С выше заданного порога отсечки — еп (где епрпадение напряжения на открытом диоде) в дополнительном диодном функциональном преобразователе основного устрой- 55 ства 2 происходит нарушение линейных отношений Между входным током и током обратной связи операционного усилителя 13 в i-ом канале, что равносильно скачкообразному увеличению выходного напряжения е; в точке A. При отсутствии блока контроля это скачкообразное увеличение выходного напряжения е х происходит до значения напряжения насыщения операционного усилителя 13

При значении разности потенциалов (ео„. -+„) 7 0 потенциал вывода 5 диодбо ного моста 4 определяется выражением е =Eг. — »- + (е . +е ) — + с — (9) ; +,Ф„- пР ° +, „ а потенциал вывода 6 скачком возрас-65 тает до максимального значения +Ещ ходе устройства (точка В) определяется выражением е =,-е. 5, (4) вых1 1 ръ где е — напряжение на, входе i-ro pe1 эервируемого канала;

R, R - номиналы масштабных реэисто с ЬХ ров on ер ацион но го у силите-: ля 13.

В частном случае при равенстве номиналов резисторов .выражение (4) преобразуется к виду йЕ„,, его полярность определяется знаком текущей разности напряжений на выходе i-го канала в точке В -е и, и осредненного значения напряжения по всем резервируемым каналам на выходе основного устройства 1 в.точке

С вЂ” е „ . Значение выходного тока отказа операционного усилителя 13 определяется выражением нас (lezi t+ lenpl)

10 аыха ц а и, зьi доп l,(8)

АФп ъ где Š— значение напряжения насыщения операционного усилителя.

13 основного устройства 2; е — падение напряжения на открытом диоде в дополнительном диодном функциональном преобразователе основного устройства 2; .е, — текущее осредненное значение выходного напряжения основного устройства 1 по всем резервируемым каналам;

1 — максимально допустимое значение выходного тока для . примененного типа операционного усилителя 13.

Для наихудшего случая это рассогласование напряжений достигает значения, равного 2Е J, что составляет в йас среднем 30 В.

Поэтому для выполнения условия (8), чтобы ток )Э ь хоткоза 1 3ьь!хдоп I 5-10мД, номинал резистора КдФ„» должен быть в пределах от 3 до б кОм.

Рассмотрим физический процесс перераспределения номиналов на выводах б и 5 однонаправленной диагонали диодного моста 4 для случая отказа в i-ом канале при отсутствии ключевой схемы 3.

При значениях Эвихоъоза!ъ Эо.. происходит попарное эапирание диодов в противоположных плечах диодного моста 4: или D

При этом внутреннее динамическое

-сопротивление диодного моста и -або, напряжение ео„ скачком достигает зна,чения +Е,, а напряжение на выводе 5 или б диодного моста 4 фиксируется на ограниченном уровне.

984089

Разность потенциалов между выводами б и 5 определяется выражением

R фа» е. =Емс

7 дфоп»

5 (е, - ед ) ° — — ) — ъ > (>o)

7 АФ))

Пример 1. Е = 13 В; Е = 15 В; е,,„,)= 10 В; е) = 0,6 В; R = 15 кОм. (дЛЯ 1р = 1 MA); R> = 3 кОм

0 а) е -е. 13 В -11,3 В = 1,7 В;т0 б) еЬ-ез 13 В- 6,3 В = 6,7 В)0.

При значении разности потенциалов

) (ер„ -е ) < 0 потенциал вывода б диодного моста 4 определяется выраже- 15 нием е> -е + (е +в ) х

))а в р

Кв . i, (11) 20

A потенциал вывода 5 скачком достигает максимального значения — Е),)„с.

Разность потенциалов между выводами б и 5 определяется выражением 25 ец -е = -Е + — + в 44) )г. (е . -е ) ))> — + е тО.. (12)

Ayn< . 30

Пример 2. Все данные примера 1 сохраняются R> = К8 = 15 кОм. а) е -е =, 136,3= 6 7В7 0 б) еб -ев =) 13-11 3 = 1,7 В О.

6 -5

Из сравнения выражений (10) и (1 2) следует, что независимо от полярности рассогласования напряжения ер„. относительно е ., в режиме "Отказ канала", разность потенциалов между выводами б и 5 диодного моста 4 всегда имеет только положительный знак и изменяется скачком.

В режиме, "Отказ канала" между выводами б и 5 однонаправленной диагонали диодного моста 4, находящегося в замкнутом контуре обратной связи операционного усилителя, всегда имеет место скачок модуля напряжения ,сигнала отказа, уровень которого определяется параметрами блока контроля и текущими значениями напряже- 50 ний входных сигналов - е .

При наличии между выводами б и 5 диодного моста 4 порогового элемента, а именно база-эмиттерного перехода и-р-и транзистора 23, скачкообразное увеличение напряжения на выходе операционного усилителя — ер„, а следовательно и на выводе 6 диагонали диодного моста происходит до уровня, определяемого напряжением 0 отпирания U база-эмиттерного перехода. транзистора 23, в коллекторе которого скачком до нуля возрастает коллекторный ток I, проходящий по цепи при (ер; -е „ ) 7 0 - вывод 5- 6$ вывод 14 — резистор и — диод - вы.дФпх ход основного устройства 1 (точка С), при(ео -е ) с 0 - вывод 5 — вывод 12

1 выход операционного усилителя 13..При появлении скачка тока 1к на резисторе В ь также скачком появляется разность потенциалов, превышающая напряжение отпирания f база-эмиттерного перехода транзистора 24, который при этом переходит в режим насыщения и коммутирует напряжение +U внешнего источника постоянного напряжения (клемма 19) на выходную клемму контроля

22, сигнализируя об отказе в 1-ом канале. При этом напряжение на выходе

22 контроля устройства соответствует логической "1".

Напряжение внешнего источника питания должно быть — U wr F„. Требования к стабильности тока ограничения Io в диагонали диодного моста 4 невысокие и определяются только выполнением условия, чтобы при отказе в i-oM канале выходной ток J IS„)x/г?, .

Температурная нестабильность электрических параметров открытых диодов в диодном мосте 4 практически не влияет на работу блока контроля в режиме

"Отказ канала". Объясняется это тем, что диодный мост находится в замкнутом контуре отрицательной обратной связи операционного усилителя, поэтому температурные девиации динамических сопротивлений диодов компенсируются изменениями выходного напряжения операционного усилителя, поддерживая (при значении е„ = const) соотношения разности частей токов I@)) и Io в плечах диодного моста практическй неизменными.

Резистор Й „ выполняет функции ограничителя максймального значения выходного тока операционного усилителя и тока базы транзистора 23 в ключе 3 в режиме "Отказ канала".

Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемого устройства заключается в повышении надежности резервируемых систем. Отсутствие в ,схеме устройства реактивных элементов способствует его реализации в интегральном исполнении и широкому применению как базового элемента для построения различных многократно резервированных систем с несколькими управляющими выходами повышенной надежности и точности.

Формула изобретения

1. Многоканальное резервированное аналоговое устройство по авт.св.

Р 932661, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, в нем в каждый резервируемый канал до-, 10

984089 а второй выход ключа соединен с вы- . ходом контроля устройства.

2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что ключ содержит два транзистора противоположного типа проводимости и два резистора, причем база первого транзистора соединена с первым выходом ключа, а коллектор через два последовательно включенных резистора соединен с вторым входом ключа и эмиттером второго транзистора, база которого подключена к общей точке соединения резисторов, а коллектор - к второму выходу ключа. с

Источники информации„ принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 932661, кл. Н 05 К 10/00, 1980 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 9962 78 Тираж 862 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 полнительно введены ключ и диодный мост с двумя балансными резисторами, однонаправленная диагональ которого подключена к положительному и отрицательному полюсам источника постоян ного напряжения со средней точкой, соединенной с общей нулевой шиной устройства, один вывод другой диагонали диодного моста подключен к выходу соответствующего операционного усилителя, второй вывод †. к первому входу соответствующего дополнительного диодного функционального преобразователя, первый вход и первый выход ключа подключены к выходйому и входному выводам однонаправленной диаго- 35 нали диодного моста, второй вход ключа соединен.с положительным полюсом внешнего источника постоянного напряжения, отрицательный полюс которого объединен с общей нулевой шиной, 2О

Ъ

1 а ф

Ъ

:а

Фв л