ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЕ-ТОК

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЕ-ТОК


RU (11) 2173021 (13) C1

(51) 7 H03F3/42 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 05.12.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2000105990/09 
(22) Дата подачи заявки: 2000.03.13 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2000.03.13 
(45) Опубликовано: 2001.08.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: КУСТОВ О.В. и др. Операционные усилители в линейных цепях. - М.: Связь, 1978, с. 170-171, рис.4-15г. RU 2054789 C1, 20.02.1996. RU 2099856 C1, 20.12.1997. DE 2516100 A1, 13.11.1975. 
(71) Заявитель(и): Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) 
(72) Автор(ы): Долгих В.В.; Теренько Л.А. 
(73) Патентообладатель(и): Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) 
Адрес для переписки: 346428, Ростовская обл., г. Новочеркасск, ГСП-1, ул. Просвещения, 132, Южно-Российский государственный технический университет, отдел интеллектуальной собственности 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЕ-ТОК 

Изобретение относится к промышленной электронике и может быть использовано в приборостроении для формирования токового сигнала в нагрузке с произвольным сопротивлением, в схемах генераторов пилообразного напряжения. Предложен преобразователь напряжения в ток, обеспечивающий расширение диапазона регулирования токов в сторону малых значений, что является техническим результатом. В преобразователе напряжения в ток, содержащем первый операционный усилитель с отрицательной обратной связью, охваченный также положительной обратной связью, содержащей два резистора, один из которых включен между выходом операционного усилителя и выходом преобразователя, а второй подключен к неинвертирующему входу упомянутого усилителя, дополнительно введен второй операционный усилитель, инвертирующий вход которого подключен к выходу преобразователя, а неинвертирующий вход соединен с цепью отрицательной обратной связи этого усилителя и резистором, подключенным к неинвертирующему входу первого операционного усилителя. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области промышленной электроники и может быть использовано в приборостроении для формирования токового сигнала в нагрузке с произвольным сопротивлением, в схемах генераторов пилообразного напряжения, преобразователях напряжения в частоту.

Известен преобразователь напряжения в ток (см., например, Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - 2-е изд., перераб. и доп. Л., Энергоатомиздат. Ленингр.отд-ние, 1988, с. 69, рис. 2-6,а), содержащий усилитель с транзистором и резистором в цепи отрицательной обратной связи. Благодаря включению нагрузки в цепь коллектора транзистора и глубокой обратной связи по току, обеспечиваются линейность передаточной функции (зависимости тока от входного напряжения) и очень малая зависимость тока от напряжения на нагрузке. Однако при построении слаботочных преобразователей (нано- и микроамперного диапазонов) из-за большого влияния неуправляемых токов транзистора точность преобразователя значительно снижается. Кроме этого, преобразователь формирует ток только одного направления.

Известен также преобразователь напряжение - ток для заземленной нагрузки (см. , например, Шило В.Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Сов.радио, 1979, с. 169-170, рис. 4-14,б), содержащий усилитель, охваченный положительной и отрицательной обратными связями, выполненными на четырех резисторах, с подключением нагрузки к неинвертирующему входу усилителя. К недостаткам схемы относятся сложность обеспечения требуемого соотношения сопротивлений в цепи положительной обратной связи при плавной регулировке коэффициента передачи преобразователя или при его настройке. При построении слаботочных преобразователей из-за погрешностей высокоомных резисторов существенно проявляется зависимость выходного тока от напряжения на нагрузке.

Наиболее близким к заявляемому является преобразователь напряжение - ток (см. , например, О.В. Кустов, Лундин В.З. Операционные усилители в линейных цепях. М. : Связь, 1978, с. 170-171, рис. 4-15,г), содержащий операционный усилитель с отрицательной обратной связью, охваченный также положительной обратной связью, выполненной на трех резисторах. Нагрузка подключается к средней точке резисторов, включенных между выходом усилителя и его неинвертирующим входом. К недостаткам схемы относятся сложность обеспечения требуемого соотношения сопротивлений в цепи положительной обратной связи при плавной регулировке коэффициента передачи преобразователя или при его настройке. При использовании вместо двух резисторов, включенных между выходом усилителя и его неинвертирующим входом, одного переменного резистора облегчается регулирование выходного тока этим резистором, но из-за больших погрешностей сопротивлений переменных резисторов и их низкой температурной стабильности невозможно обеспечить малую зависимость тока от напряжения на нагрузке в широком диапазоне температур и в течение длительного времени. При построении слаботочных преобразователей из-за возрастания погрешностей по мере увеличения сопротивления резисторов существенно проявляется зависимость выходного тока от напряжения на нагрузке.

Задачей изобретения является расширение диапазона регулирования токов в сторону малых значений.

Решение задачи достигается тем, что в преобразователе напряжение - ток, содержащем первый операционный усилитель с отрицательной обратной связью, охваченный также положительной обратной связью, содержащей три резистора один из которых включен между выходом операционного усилителя и выводом для подключения нагрузки, а второй и третий резисторы подключены к неинвертирующему входу упомянутого усилителя, дополнительно введен второй операционный усилитель, неинвертирующий вход которого подключен к выводу для подключения нагрузки, а инвертирующий вход соединен с цепью отрицательной обратной связи второго усилителя и третьим резистором.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что оно снабжено вторым операционным усилителем, неинвертирующий вход которого подключен к выходу преобразователя, а инвертирующий вход соединен с цепью отрицательной обратной связью второго усилителя и третьим резистором

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволяет установить соответствие его критерию "новизна".

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На чертеже приведена схема преобразователя напряжение - ток. Предложенное устройство содержит первый операционный усилитель 1 (A1), выход которого соединен с выходом 2 преобразователя через первый резистор 3 (R5). Цепь отрицательной обратной связи усилителя 1, стабилизирующая его коэффициент усиления, образована резисторами 4 (R1) и 5 (R3). Второй 6 (R2) и третий 7 (R4) резисторы подключены к неинвертирующему входу усилителя 1. Второй операционный усилитель 8 (A2) подключен неинвертирующим входом к выводу для подключения нагрузки 2, а инвертирующим - к третьему резистору 7. Цепь отрицательной обратной связи усилителя 8 может быть выполнена путем соединения выхода усилителя 8 с его инвертирующим входом непосредственно или через резистор 9 (R6). Нагрузка 10 (Rн) подключается через выходной зажим 2. При необходимости получения дополнительного сигнала, пропорционального напряжению на нагрузке 10, выход усилителя 8 может быть подключен к дополнительному выводу 11 преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом. Входные напряжения U1 и U2 на выходе усилителя 1 формируют напряжение U1вых, по действием которого через резистор 3 протекает ток, который далее течет в нагрузку 10. Пренебрегая ввиду их малости входными токами усилителей 1 и 8, составим систему уравнений, описывающих состояние схемы. Рассматривая цепи, образованные резисторами 4, 5 и 6, 7 как два пассивных сумматора токов, получаем

U1ВХ.И=(U1R3+U1ВЫХR1)/(R1+R3);

U1ВХ.Н=(U2R4+U2ВХ.ИR2)/(R2+R4),

где U1ВХ.И и U1ВХ.Н - напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах усилителя 1, соответственно; U2ВХ.И - напряжение на инвертирующем входе усилителя 2.

Благодаря глубокой отрицательной обратной связи, охватывающей усилитель 1, и большому его коэффициенту усиления напряжение U1ВХ.И на инвертирующем входе и напряжение U1ВХ.Н на неинвертирующем входе равны друг другу. Аналогично для усилителя 2 можно записать

U2ВХ.И=U2ВХ.Н.

Кроме этого, в соответствии со схемой

U2ВХ.Н=UН,

где UН - напряжение на нагрузке 10.

Учитывая также, что

U1ВЫХ-UН=IВЫХR5;

UН=IВЫХRН,

при R1/R3=R2/R4 после преобразования получаем

IВЫХ=(U2-U1)R3/(R1R5).

Таким образом, выходной ток IВЫХ преобразователя при R1/R3=R2/R4 не зависит от напряжения на нагрузке 10, причем это свойство не зависит от сопротивления резистора 3 (R5). Плавное регулирование выходного тока можно осуществлять изменением сопротивления резистора 3 в очень широких пределах, начиная от токов, соизмеримых с входными токами усилителя 8, до токов, определяемых допустимой нагрузкой усилителя 1. Шунтирующее влияние входной цепи усилителя 8 можно снизить до пренебрежимо малого выбором операционного усилителя с полевыми транзисторами во входном каскаде. Например, при использовании операционного усилителя 544УД2А с входным током не более 0,1 нА (см. Алексеев А.Г., Войшвилло Г.В. Операционные усилители и их применение. - М.: Радио и связь, 1989, с. 110-111) при погрешности тока, определяемой его зависимостью от напряжения на нагрузке, не более 0,1%, возможно формирование токов, начиная от 100 нА. При этом сопротивления резисторов 4-7 (R1-R4, R6) могут быть сравнительно малыми, обеспечивающими допустимые погрешности от протекания по ним входных токов усилителя 1, и имеющие малые собственные погрешности.

Усилитель 8 по отношению к напряжению UН является неинвертирующим усилителем с коэффициентом усиления K=R6/(R2+R4+R6). При отсутствии резистора 9 (R6=0) K=1. В соответствии с этим дополнительный выход 11 позволяет получить напряжение UВЫХ, пропорциональное падению напряжения на нагрузке 10. Благодаря малому выходному сопротивлению усилителя 8, охваченного отрицательной обратной связью, потребление тока с выхода 11 может быть значительно больше выходного тока IВЫХ.

Таким образом, предложенный преобразователь напряжения в ток позволяет использовать в схеме относительно низкоомные резисторы с минимальными погрешностями, обеспечивающими независимость выходного тока от напряжения на нагрузке, регулировать этот ток в очень широких пределах изменением сопротивления только одного резистора и формировать токи, начиная от десятков наноампер. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Преобразователь напряжение - ток, содержащий первый операционный усилитель с отрицательной обратной связью, охваченный также положительной обратной связью, содержащей три резистора, первый из которых включен между выходом операционного усилителя и выводом для подключения нагрузки, а второй и третий резисторы подключены к неинвертирующему входу упомянутого усилителя, отличающийся тем, что снабжен вторым операционным усилителем, неинвертирующий вход которого подключен к выводу для подключения нагрузки, а инвертирующий вход соединен с цепью отрицательной обратной связи второго операционного усилителя и третьим резистором.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru