SU754384A1 - Controllable current stabilizer - Google Patents

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в измерительной технике, устройствах автоматики и т.п.The invention relates to electrical engineering and can be used in measurement technology, automation devices, etc.

Известны управляемые стабилизато- 5 ры тока, содержащие операционные усилители с дифференциальными входами, резисторы и источники опорных или управляющих напряжений [1] .Known controlled current stabilizers, containing operational amplifiers with differential inputs, resistors and sources of reference or control voltages [1].

Характерной особенностью известных биполярных стабилизаторов тока на основе операционных усилителей является наличие цепей отрицательной и положительной обратной связи, охваты-15 вающих усилительный элемент, при этом коэффициенты передачи по напряжению обеих цепей выбираются равными путем задания определенных соотношений для величин резисторов, а ве-20 личина выходного стабильного тока калибруется резистором, величина которого также входит в указанные соотношения.A characteristic feature of the known bipolar current stabilizers based on operational amplifiers is the presence of negative and positive feedback circuits covering the amplifying element, while the voltage transfer coefficients of both circuits are chosen equal by specifying certain ratios for the values of resistors, and V-20 is the output mask stable current is calibrated by a resistor, the value of which is also included in the indicated ratios.

2525

Наиболее близким по технической сущности к предложенному стабилизатору тока является управляемый стабилизатор тока, содержащий операционный усилитель с дифференциальным 30The closest in technical essence to the proposed current stabilizer is a controlled current stabilizer containing an operational amplifier with a differential 30

22

входом, неинвертирующий вход которого подключен к выходу первого делителя напряжения на двух резисторах, один из входов которого соединен с одним из выводов для подключения одного иэ источников управляющего напряжения, а инвертирующий вход с выходом второго делителя напряжения на двух резисторах,один иэ входов кото рого соединен ‘с выходом операционного усилителя, а другой - с одним из выводов для подключения второго источника управляющего напряжения, причем один из выводов для подключения нагрузки и вторые выводы для подключения источников управляющего напряжения соединены с общей шиной [2] .an input whose non-inverting input is connected to the output of the first voltage divider on two resistors, one of the inputs of which is connected to one of the terminals for connecting one of the control voltage sources, and an inverting input with the output of the second voltage divider on two resistors, one of which inputs is connected 'with the output of the operational amplifier, and the other with one of the terminals for connecting a second control voltage source, one of the terminals for connecting the load and the second terminals for connecting the source Control voltage controllers are connected to a common bus [2].

Недостатками известных управляемых стабилизаторов тока являются: ограниченный диапазон изменения выходного тока при заданном минимальном значении входного сопротивления для первого источника управляющего напряжения; сложность калибровки 'выходного тока, обусловленная необходимостью соотносительного изменения величин, как минимум, двух резисторов при заданном значении управляющего напряжения; высокая чувствительностьThe disadvantages of the known controlled current regulators are: a limited range of variation of the output current for a given minimum value of the input resistance for the first source of control voltage; the complexity of the calibration of the output current, due to the need for a relative change in the values of at least two resistors for a given value of the control voltage; high sensitivity

754384754384

выходного тока к изменению номиналов резисторов.output current to a change in resistor ratings.

Целью изобретения является расширение диапазона изменения выходного тока при увеличении входного сопротивления для источника управляющего напряжения, синфазного с выходным током.The aim of the invention is to expand the range of variation of the output current with increasing input resistance for a source of control voltage, common-mode with output current.

Для данной схемы управляемого стабилизатора тока можно записать следующие уравнения:For this scheme of a controlled current stabilizer, the following equations can be written:

и.and.

+ и.+ and.

10ten

ЧуChu

X.X.

⁺ Ч·*' ти ⁺ H · * 'ti

Это достигается тем, что в управ- ляемый стабилизатор тока, содержащийThis is achieved by the fact that a controlled current stabilizer containing

операционный усилитель с дифференциальным входом, неинвертирующий вход которого подключен к выходу первого делителя напряжения на двух резисторах, один из входов которого соединен с одним из выводов для подключения одного из источников управляющего напряжения, а инвертирующий вход - с выходом второго делителя напряжения на двух резисторах, один из входов которого соединен с выходом операционного усилителя, а другой - с одним из выводов для подключения второго источника управляющего напряжения, причем один из выводов для подключения нагрузки и вторые выводы для подключения источников управляющего напряжения соединены с общей .шиной, введен вспомогательный операционный усилитель, выход которого соединен с другим входом .первого делителя напряжения и с собственным инвертирующим входом, а неинвертирующий вход через дополнительно введенный калибровочный резистор - с выходом основного операционного усилителя и непосредственно со вторым выводом для подключения нагрузки.differential amplifier with a non-inverting input which is connected to the output of the first voltage divider on two resistors, one of the inputs of which is connected to one of the terminals for connecting one of the control voltage sources, and the inverting input - to the output of the second voltage divider on two resistors, one of the inputs of which is connected to the output of the operational amplifier, and the other with one of the terminals for connecting a second control voltage source, and one of the terminals for connecting to ruzki and second terminals for connecting control voltage sources are connected to a common bus, an auxiliary operational amplifier is introduced, the output of which is connected to another input of the first voltage divider and its own inverting input, and the non-inverting input is connected to the output of the main operational amplifier and directly with the second output for connecting the load.

10ten

1515

2020

2525

30thirty

3535

где И₆ - напряжение кеинвертирующего входа 8 операционного усилителя 1;where And ₆ - the voltage of the inverter input 8 of the operational amplifier 1;

и₉ - напряжение инвертирующего входа 9 операционного усилителя 1;and ₉ is the voltage of the inverting input 9 of the operational amplifier 1;

- напряжение на выходе 12 операционного усилителя 1’,- the voltage at the output 12 of the operational amplifier 1 ’,

- напряжение на входе 13 повторителя напряжения;- the voltage at the input 13 of the voltage follower;

"ЧЛЛЛЛ^- величины сопротивлений резисторов 3,4,5,6,7;"CLLLL ^- resistance values of resistors 3,4,5,6,7;

- величина сопротивления нагрузки.- the value of the load resistance.

Пренебрежем входными токами операционных усилителей, считая бесконечно большими и равными единице их коэффициенты усиления по напряжению, соответственно тогда и₈ - и₉.Let us neglect the input currents of the operational amplifiers, considering their voltage gains to be infinitely large and equal to one, respectively, then ₈ and ₉ .

Решая систему управнений, получим выражение для величины выходного тока:Solving the control system, we obtain the expression for the magnitude of the output current:

-ъых""yy"

4 + -54¹ Кг4 + -54 ¹ Kg

¹ 12¾ ¹ 12¾

^7^ 7

Т?5T? 5

Т2бT2b

'Й4'Y4

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема управляемого стабилизатора тока.The drawing shows a circuit diagram of a controlled current regulator.

*· '* · '

Управляемый стабилизатор’тока содержит основной операционный усилитель ·The controlled stabilizer has a main operational amplifier ·

1, вспомогательный операционный усилитель 2, два делителя напряжения на резисторах 3, 4 и 5, 6 и калибровочный резистор 7, причем неинвертирующий вход 8 усилителя 1 подключен к выходу первого делителя на ; резисторах 3, 4, инвертирующий вход 9 усилителя 1 - к выходу второго делителя на резисторах 5, 6, один из входов·первого делителя на резисторах 3, 4 -к выводу 10 для подключения первого источника управляющего напряжения, один из входов второго делителя на резисторах 5, 6 - к выводу 11 для подключения второго источника управляющего напряжения, а второй вход второго делителя - непосред- ’ ственно к выходу 12 усилителя 1 и через калибровочный резистор 7 к неинвертирующему входу 13 .усилителя 2 и к выводу 14 для подключения нагрузки.1, an auxiliary operational amplifier 2, two voltage dividers on resistors 3, 4 and 5, 6 and a calibration resistor 7, the non-inverting input 8 of amplifier 1 being connected to the output of the first divider on; resistors 3, 4, inverting input 9 of amplifier 1 - to the output of the second divider at resistors 5, 6, one of the inputs of the first divider at resistors 3, 4 to terminal 10 for connecting the first control voltage source, one of the inputs of the second divider at resistors 5, 6 - to the output 11 for connecting the second control voltage source, and the second input of the second divider - directly to the output 12 of the amplifier 1 and through the calibration resistor 7 to the non-inverting input 13. Of the amplifier 2 and to the output 14 for connecting the load.

При выполнении следующего соотношения между величинами резисторовWhen performing the following relationship between the values of resistors

= значение выходного тока= output current value

не. зависитот сопротивления нагрузки, что является необходимым условием его стабильности.not. depends on the resistance of the load, which is a necessary condition for its stability.

Из формулы также следует, что при = выходной ток калибруетсяIt also follows from the formula that when = the output current is calibrated

величиной сопротивления резистора 7 и не зависит от абсолютных величин резисторов 3, 4, 5 и 6. Это и позволяет достичь более широкого диапазона изменения выходного тока при высоком входном сопротивлении· (резисторы 3,4, 5 и 6 могу.т быть выбраны сколь угодно большими) для источников управляющих напряжений.the resistance value of the resistor 7 and does not depend on the absolute values of the resistors 3, 4, 5 and 6. This allows you to achieve a wider range of changes in the output current with a high input resistance · (resistors 3,4, 5 and 6 can be chosen arbitrarily large) for control voltage sources.

Кроме того, для данного устройства характерна меньшая чувствительность к изменению номиналов резисторов •обратных связей. Функции чувствительности выходного тока 3_Ьъ1Х ^к изменению резисторных элементов схемы определяются выражением:In addition, this device is characterized by lower sensitivity to changes in the values of the resistors • feedback. The sensitivity functions of the output current 3 _b1x ^to changes in the resistor circuit elements are determined by the expression:

3 ьых_ ’К,3's_ ’K,

ЭКEC

754384754384

66

После преобразования получим:After the conversion, we get:

'^5 л *ч \'^ 5 l * h \

\_ь *₇ *₄ Г\ _S * ₇ * ₄ F

с^вых "Кз !. _хКн тг-а; к₄ “νν¹ "К/Кд/’ с³ьых τ?ιс ^ ο з Кз!. _х Кн тг-а; к ₄ "νν ¹ " К / Кд / 'с ³ ех? τ

\₅ *·'’ ^ьых._^а_.^_л₊Ену\ ₅ * · '' ^ ых ._ ^ a _. ^ _ L ₊ Enu

νΆν¹*10νΆν ¹ * 10

^ЬЫХ Έί Т?Ь^ ЬЫХ Έί Т? Ь

2³бых₌_3з>2 ³ bull ₌ _3з>

К₇ ^К4K ₇ ^K 4

Сравнивая величины функций чувствительности выходного тока известного и данного управляемых стабилизаторов тока, можно сделать вывод, что при равенстве величин резисторов, напряжений управляющих источников и выходных токов обеих схем в широком диапазоне изменения сопротивления нагрузки чувствительность выходного тока к изменению величин резисторов обратных связей данного устройства в два раза ниже, че_м известного.Comparing the values of the sensitivity functions of the output current of the known and this controlled current stabilizers, we can conclude that with equal values of the resistors, the voltages of the control sources and the output currents of both circuits in a wide range of load resistance, the sensitivity of the output current to changes in the values of the feedback resistors of this device is two times lower than the known.

Следовательно, благодаря тому, что в цепь положительной обратной связи между выходом операционного усилителя и входом резистивного делителя включены последовательно калибровочный резистор и вспомогательный усилитель в режиме повторителя напряжения, к входу которого подключена нагрузка, выгодно отличает данное устройство от прототипа, так как позволяет .достичь более широкого диапазона изменения выходного тока при высоком входном сопротивлении для источников управляющих напряжений. .Кроме того, в данном устройстве упрощается калибровка выходного тока и снижается чувствительностьConsequently, due to the fact that a calibration resistor and an auxiliary amplifier are connected in series with the op amp amplifier and the resistive divider input in series in the voltage follower mode, to the input of which the load is connected, this device favorably differs from the prototype, as it allows. wide range of output current with high input resistance for control voltage sources. In addition, this device simplifies the calibration of the output current and decreases the sensitivity

1515

2020

2525

30thirty

3535

4040

-выходного тока к изменению номиналов цепей обратных связей.-output current to change the values of the feedback circuits.

,,

Claims (1)

Формула изобретенияClaim Управляемый стабилизатор тока, содержащий операционный усилитель с дифференциальным входом, неинвертирующий вход которого подключен к выходу первого делителя напряжения на двух резисторах, один из входов которого соединен с одним из выводов для подключения одного из источников управляющего напряжения, а инвертирующий вход - с выходом второго делителя напряжения на двух резисторах, один из входов которого соединен с выходом операционного усилителя, а другой - с одним из выводов для подключения второго источника управляющего напряжения, причем один иэ выводов для подключения нагрузки и вторые выводы для подключения источников управляющего напряжения соединены с общей шиной, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона изменения выходного тока при увеличении входного сопротивления для источника управляющего напряжения, синфазного с выходным током, в него введен вспомогательный операционный усилитель, выход которого соединен с другим входом первого делителя напряжения и с собственным инвертирующим входом, а неинвертирующий вход через дополнительно введенный калибровочный резистор - с выходом основного операционного усилителя и непосредственно,- со вторым вывыводом для подключения нагрузки.Controlled current stabilizer containing an operational amplifier with a differential input, non-inverting input of which is connected to the output of the first voltage divider on two resistors, one of the inputs of which is connected to one of the terminals for connecting one of the control voltage sources, and the inverting input - to the output of the second voltage divider on two resistors, one of the inputs of which is connected to the output of the operational amplifier, and the other with one of the terminals for connecting the second source of control voltage , one of the terminals for connecting the load and the second terminals for connecting control voltage sources are connected to a common bus, characterized in that, in order to expand the range of variation of the output current with increasing input resistance for the control voltage source, in phase with the output current, auxiliary operational amplifier, the output of which is connected to another input of the first voltage divider and with its own inverting input, and the non-inverting input through the additionally inputted calibration resistor - with the output of the main operational amplifier and directly, - with the second output for connecting the load.