SU1335964A1 - Bipolar standard-signal controlled source - Google Patents

Abstract

Устройство относитс  к электротехнике и может быть использовано, например, в качестве управл емого бипол рного источника эталонного тока или напр жени  в аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразовател х. Цель изобретени  - упрощение устройства путем сокращени  количества выходов усилител  и обеспечени  возможности использовани  маломощного усилител . Устройство содержит ключ 1-4, диоды 5, 6, источники положительного 7 и отрицательного 8 напр жени  питани , заземленную нагрузку 9, активный двухполюсник 10 с высоким дифференциальным сопротивлением, в состав которого вход т операционный усилитель 11, регулирующий элемент 12 с высоким входным сопротивлением , резисторы 13, 14, 16, стабилитрон 15 и управл ющий вход 17. В устройстве направление стабилизированного эталонного тока через заземленную нагрузку определ етс  подключением нагрузки к положительному или отрицательному источнику напр жени  питани . Номинал стабилизированного эталонного тока положительного и отрицательного направлений определ етс  сво йствами одного активного двухполюсника с высоким дифференциальным сопротивлением и не зависит от сопротивлени  нагрузки. 1 ил. (С (Л 00 00 ел qD 05 4;:The device relates to electrical engineering and can be used, for example, as a controlled bipolar reference current source or voltage in analog-digital and digital-analog converters. The purpose of the invention is to simplify the device by reducing the number of outputs of the amplifier and enabling the use of a low-power amplifier. The device contains a key 1-4, diodes 5, 6, sources of positive 7 and negative 8 supply voltage, grounded load 9, an active two-terminal 10 with a high differential resistance, which includes an operational amplifier 11, a regulating element 12 with a high input resistance , resistors 13, 14, 16, zener diode 15 and control input 17. In the device, the direction of the stabilized reference current through a grounded load is determined by connecting the load to a positive or negative voltage source no power supply. The rated reference current of the positive and negative directions is determined by the properties of one active two-terminal network with high differential resistance and does not depend on the load resistance. 1 il. (C (L 00 00 ate qD 05 4 ;:

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в устройствах автоматики и вычислительной техники в аналого-цифровых и циф роаналоговых преобразовател х информации .The invention relates to electrical engineering and can be used in automation and computing devices in analog-digital and digital analogue information converters.

Цель изобретени  - упрощение путе сокращени  выходов усилител  и обеспечени  возможности использовани  ма ломощного усилител ,The purpose of the invention is to simplify the reduction of the outputs of the amplifier and the possibility of using a low-power amplifier,

На чертеже дан источник бипол рного сигнала.The drawing shows the source of the bipolar signal.

Источник сигнала содержит первый, второй, третий и четвертый ключи 1 - 4, первый и второй диоды 5 и 6, истоники 7 и 8 положительного и отрицательного напр лданий питани , нагрузку 9, активный двухполюсник 10 с вы- соким дифференциальным сопротивлением , в состав которого вход т операционный усилитель (ОУ) 11, регулирующий элемент 12 с высоким входным сопротивлением, первый, второй и третий резисторы 13, 14 и 16, стабилитрон 15, управл ющий вход 17, Дифференциальные входы ОУ 11 подключены к выходам параллельно соединенных источников опорного напр жени  и датчика тока, а вьшоды питани  ОУ 11 подключены к источникам 7 и 8 положи- тельного и отрицательного напр жени  один вывод нагрузки 9 подключен к общей шине, а другой через последовательно соединенные первый диод 5 и первый ключ 1 - к первому выводу третьего ключа 3 и через последовательно соединенные второй диод 6, второй ключ 2 к первому выводу четвертого ключа 4, точка соединени  второго и четвертого ключей подключе . на к общему выводу стабилитрона 15 источника опорного напр жени  и третьего резистора 16 датчика тока, управл ющий вход регулирующего зле- мента 12 соединен с выходом ОУ 11, вход питани  подключен к общей точ- ке первого и третьего ключей 1 и 3, а выход - к общей точке первого и второго резисторов 13 и 14, вторые вьшоды третьего и четвертого ключей 3 и 4 подключены соответственно к источникам 7 и 8 положительного и отрицательного напр жени  питани . Регулирующий элемент 12 содержит полевой транзистор с (1 гканалом и бипол рный транзистор п-р-п типа,The signal source contains the first, second, third, and fourth switches 1–4, the first and second diodes 5 and 6, and the sources 7 and 8 of the positive and negative supply voltages, the load 9, an active two-terminal 10 with a high differential resistance, in which input operational amplifier (OA) 11, regulating element 12 with high input resistance, first, second and third resistors 13, 14 and 16, Zener diode 15, control input 17, Differential inputs of OA 11 are connected to the outputs of parallel-connected sources of reference voltage and a current sensor, and power supplies of the OS 11 are connected to sources 7 and 8 of positive and negative voltages; one output of load 9 is connected to the common bus, and the other via serially connected first diode 5 and first switch 1 to the first output of third switch 3 and through serially connected second diode 6, second key 2 to the first output of the fourth key 4, the junction point of the second and fourth keys are connected. On the common output of the Zener diode 15 of the voltage source and the third resistor 16 of the current sensor, the control input of the regulating aperture 12 is connected to the output of the op-amp 11, the power input is connected to the common point of the first and third keys 1 and 3, and the output to the common point of the first and second resistors 13 and 14, the second outputs of the third and fourth switches 3 and 4 are connected respectively to sources 7 and 8 of the positive and negative supply voltage. The regulating element 12 comprises a field effect transistor with (1 g channel and a bipolar pnp type transistor,

Источник сигнала работает следующим образом.The signal source works as follows.

00

5five

00

, ,

0 0

5 five

5five

00

5five

00

5five

Допустим, что на ключи I - 4 поступает сигнал управлени  с входа 17, который включает ключи 2 и 3 и выключает ключи 1 и 4, В этом случае нагрузка 9 через второй диод 6, второй ключ 2, активный двухполюсник 10 с высоким дифференциальным сопротивлением и третий ключ 3 оказьгоаетс  подключенной к источнику 7 положительного напр жени , и через нагрузку 9 протекает стабилизированный ток положительного направлени . Потенциал на входах и выходе ОУ 11 относительно общей шины положителен.Suppose that keys I - 4 receive a control signal from input 17, which turns on keys 2 and 3 and turns off keys 1 and 4. In this case, the load 9 through the second diode 6, the second key 2, the active two-terminal 10 with high differential resistance and the third switch 3 is connected to the positive voltage source 7, and a stabilized positive current flows through the load 9. The potential at the inputs and the output of the OA 11 with respect to the common bus is positive.

При подаче сигнала с входа 17 управлени , включающего ключи 1. и 4 и выключающего ключи 2 и 3, нагрузка 9 через первый диод 5, первый ключ 1, активный двухполюсник 10 с высоким дифференциальным сопротивлением и чет- вертьш ключ 4 оказываетс  подключенной к источнику .8 отрицательного напр жени , и через нагрузку 9 протекает стабилизированный ток отрицательного направлени . Потенциал на входах и выходе ОУ i1 относительно общей шины отрицателен.When a signal is applied from control input 17, which includes keys 1. and 4 and switches off keys 2 and 3, load 9 through the first diode 5, first key 1, active two-pole 10 with high differential resistance and fourth key 4 is connected to the source. 8 of the negative voltage, and a stabilized negative current flows through the load 9. The potential at the inputs and output of the op amp i1 with respect to the common bus is negative.

Таким образом, изменение направлени  тока через нагрузку 9 не приводит к изменению направлени  тока через активный двухполюсник 10, свойства которого и определ ют номинал стабилизированного тока нагрузки, положительного и отрицательного направлений . Контур стабилизации -тока через- активньй двухполюсник 10 замьпсаетс  через выход ОУ 11, вход и выход регулирующего элемента 1-2, резистор 13, источник 15 опорного напр жени , резисторы 14 и 16 и дифференциальные входы ОУ 11,Thus, a change in the direction of the current through the load 9 does not lead to a change in the direction of the current through the active two-port 10, the properties of which determine the rated load current, the positive and negative directions. The stabilization circuit of the current through the active two-port 10 is closed through the output of the op-amp 11, the input and output of the regulating element 1-2, the resistor 13, the source 15 of the reference voltage, the resistors 14 and 16 and the differential inputs of the op-amp 11,

Диоды 5 и 6 предотвращают пр мое подключение нагрузки 9 к источникам 7 и 8 через полуоткрытые ключи 1 и 3 или 2 и 4,Diodes 5 and 6 prevent direct connection of load 9 to sources 7 and 8 via half-open keys 1 and 3 or 2 and 4,

При применении быстродействующих ключей 1 - 4 и ОУ 11 диоды 5 и 6 могут отсутствовать. При большом значении коэффициента усилени  ОУ, малых токах утечки закрытых ключей и высоком входном сопротивлении регулирующего элемента номинал стабилизированного тока нагрузки, независимо от его направлени  и сопротивлени  нагрузки , определ етс  выражением:When using high-speed switches 1-4 and OU 11, diodes 5 and 6 may be absent. With a large value of the gain coefficient of the op-amp, small leakage currents of closed keys and a high input resistance of the regulating element, the rated load current, regardless of its direction and load resistance, is determined by the expression:

(R. RI(R. RI

RaI.RaI.

R,R,

где Upi - напр жение стабилизацииwhere Upi is the stabilization voltage

стабилитрона 15;stabilitron 15;

R, R, R, - сопротивлени  резисторов 13, 14 и 16.R, R, R, - resistors 13, 14 and 16.

При применении в качестве нагрузки 9 эталонного резистора с сопротивлением Rg предложенное устройство может использоватьс  в качестве управл емого источника бипол рного эта- лонного напр жени  с выходным напр жением , равнымWhen used as a load 9 of a reference resistor with resistance Rg, the proposed device can be used as a controlled source of a bipolar reference voltage with an output voltage equal to

RI R.RI R.

+ R2+ R2

R,R,

U,r Uo, .- ROU, r Uo, .- RO

-. , 3-. 3

При применении неинвертирующего регулирующего злемента 12, сигнал на выходе которого находитс  в фазе с сигналом на его управл ющем входе, ативный двухполюсник 10 охвачен полоWhen using a non-inverting regulating element 12, the signal at the output of which is in phase with the signal at its control input, the active two-terminal 10 is covered by a polo

жительной обратной св зью с выхода источника опорного напр жени  на неинвертирующий вход ОУ 11 и отрицателной обратной св зью с выхода датчика тока, на инвертирующий вход ОУ 11 Необходимое условие устойчивости предложенного устройства выполн етRt R3positive feedback from the output of the reference voltage source to the non-inverting input of the OA 11 and negative feedback from the output of the current sensor to the inverting input of the OA 11 A necessary stability condition of the proposed device is Rt R3

г. ,city,

I КоI Ko

гдеWhere

tt

- дифференциальное сопротивление стабилитрона 15.- differential resistance of the Zener diode 15.

При подаче сигнала с входа 17 управлени , выключающего ключи 1 и 2 и включающего ключи 3 и 4, ток в нагрузке 9 равен нулю, а активный двухполюсник 10 оказываетс  подключенным к последовательно соединенным источникам 7 и 8 напр жени  питани ,When a signal is applied from the control input 17, which turns off the keys 1 and 2 and turns on the keys 3 and 4, the current in the load 9 is zero, and the active two-port 10 is connected to the series-connected sources 7 and 8 of the power supply,

Таким образом, предлагаемый управл емый источник может эксплуатироватьс  в трех режимах импульсного управлени , при которых формируютс  поло- жительный, отрицательный и нулевой токи нагрузки.Thus, the proposed controlled source can be operated in three modes of pulsed control, in which positive, negative and zero load currents are formed.

Крутизна нарастани  выходного тока нагрузки 9 при изменении сигнала с входа 17 управлени  определ етс  быстродействием ОУ 11 и ключей 1 - 4The steepness of the increase in the output load current 9 when the signal from the control input 17 is changed is determined by the speed of the op-amp 11 and keys 1-4

Возможен вариант выполнени  предлагаемого устройства, в котором отсутствуют ключи 1 и 2, а управление устройством осуществл етс  ключами 3 и 4. В этом случае симметри  положительного и отрицательного токов нагрузки 9 будет определена с погрешностью , равной разности обратных токов закрытых диодов 5 и 6.A possible embodiment of the proposed device, in which keys 1 and 2 are missing, and control of the device is carried out by keys 3 and 4. In this case, the symmetry of the positive and negative load currents 9 will be determined with an error equal to the difference of the reverse currents of the closed diodes 5 and 6.

ВНИЖШ Заказ 4046/42 Тираж 863VNIZhSh Order 4046/42 Circulation 863

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4Random polygons pr-tie, Uzhgorod, st. Project, 4

В активном двухполюснике 10 возможна замена второго резистора 14 стабилитроном с напр жением стабилизацииIn the active two-port 10, it is possible to replace the second resistor 14 with a zener diode with a stabilization voltage

VВ этом случае величина стабилизированного тока нагрузки определ етс  выражением:In this case, the magnitude of the stabilized load current is determined by the expression:

ЭтAt

Uo, /R, - „,/R,Uo, / R, - „, / R,

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Управл емый источник бипол рного эталонного сигнала, содержащий активный двухполюсник, включающий операционный усилитель, неинвертирующий и инвертирующий входы которого подключены соответственно к выходам источника опорного напр жени  на стабилитроне и первом резисторе, и датчик тока на последовательно соединенных втором и третьем резисторах, а вьшоды питани  усилител  подключены соответственно к вьюодам дл  подключени  источников положительного и отрицательного напр жени  питани , два последовательно соединенных диода, обща  точка которых подключена к общей шине, свободный вьшод первого диода подключен к первому выводу первого ключа, а свободный вьшод второго диода подключен к первому выводу второго ключа , вторые вьшоды первого и второго ключей подключены к первым выводам соответственно третьего и четвертого ключей, причем точка соединени  второго и четвертого ключей подключена к точке соединени  стабилитрона источника опорного напр жени  и третьего резистора датчика тока, о т- личающийс  тем, что, с целью упрощени  путем сокращени  выходов усилител  и обеспечени  возможности использовани  маломощного усилител , в активньгй двухполюсник введен регулирующий элемент, управл ющий вход которого соединен с выходом операционного усилител , вьшод питани  подключен к общей точке первого и третьего ключей, а выход - к общей точке пе.рвого и второго резисторов, вторые вьшоды третьего и четвертого ключей подключены соответственно к вьшодам дл  подключени  источников положительного и отрицательного нап- , р жени ,A controlled bipolar reference signal source containing an active two-pole circuit, including an operational amplifier, the non-inverting and inverting inputs of which are connected respectively to the outputs of the reference voltage source on the Zener diode and the first resistor, and the current sensor on the second and third resistors connected in series, and the amplifier power supply connected respectively to the switches for connecting the sources of positive and negative supply voltage, two series-connected diodes, about The common point of which is connected to the common bus, the free port of the first diode is connected to the first pin of the first key, and the free pin of the second diode is connected to the first pin of the second key, the second keys of the first and second keys are connected to the first pin of the third and fourth keys, respectively the second and fourth switches are connected to the junction point of the Zener diode of the voltage source and the third resistor of the current sensor, which, in order to simplify by reducing the outputs, amplify and enable the use of a low-power amplifier, a regulating element is introduced into the active two-pole unit, the control input of which is connected to the output of the operational amplifier, the power supply terminal is connected to the common point of the first and third keys, and the output is to the common point of the first and second resistors, the second terminals the third and fourth keys are connected respectively to the outputs for connecting the sources of positive and negative pitch, ПодписноеSubscription