ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ТОК

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ТОК


RU (11) 2181924 (13) C2

(51) 7 H03F3/42 

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

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

(21) Заявка: 2000108058/09 
(22) Дата подачи заявки: 2000.04.03 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2000.04.03 
(45) Опубликовано: 2002.04.27 
(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.4-15 г. RU 2054789 С1, 20.02.1996. RU 2099856 С1, 20.12.1997. DE 2516100 А1, 13.11.1975. 
(71) Заявитель(и): Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) 
(72) Автор(ы): Долгих В.В. 
(73) Патентообладатель(и): Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) 
Адрес для переписки: 346428, Ростовская обл., ГСП-1, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт), отдел интеллектуальной собственности 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ТОК 

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. Предложен преобразователь напряжения в ток, обеспечивающий расширение диапазона регулирования токов в сторону малых значений, что является техническим результатом. В преобразователе напряжения в ток, содержащем усилитель, неинвертирующий вход которого подключен к выводу для подключения нагрузки, и два последовательно включенных резистора, один из которых соединен с выходом усилителя, а другой - с входом управления, дополнительно введен третий резистор, включенный между точкой соединения первых двух резисторов и неинвертирующим входом усилителя. 2 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.

Известен преобразователь напряжения в ток (см., например, кн. Кустов О. В., Лундин В.З. Операционные усилители в линейных цепях. М.: Связь, 1978, с. 45-46, рис. 3-12,в), содержащий усилитель с входным резистором и транзистор в цепи отрицательной обратной связи. Благодаря включению нагрузки в цепь стока транзистора и глубокой обратной связи по току обеспечивается 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 напряжения в ток для заземленной нагрузки (см. там же, стр. 170-171, рис. 4-15,г), содержащий усилитель, охваченный цепью положительной обратной связи, выполненной на трех резисторах. Нагрузка подключается к средней точке двух резисторов этой цепи, включенных между выходом усилителя и его неинвертирущим входом. Выходной ток регулируется входным напряжением и может изменять свое направление. 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 неинвертирущим входом, одного переменного резистора облегчается регулирование 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 более существенно проявляется зависимость выходного тока от напряжения на нагрузке.

Наиболее близким к заявляемому является преобразователь напряжения в ток (см., например, кн. Шило В.Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Сов. радио, 1979, с. 169-170, рис. 4-14,6), содержащий усилитель, охваченный положительной обратной связью, которая образована двумя резисторами, с подключением нагрузки к неинвертирующему входу усилителя. Коэффициент передачи преобразователя определяется сопротивлениями обоих резисторов цепи обратной связи и коэффициентом усиления усилителя. При изменении коэффициента передачи (для регулируемых преобразователей или при настройке) необходимо одновременно изменять сопротивления обоих резисторов с учетом их пропорциональности (или сопротивление одного резистора цепи положительной обратной связи и коэффициента усиления усилителя), что является недостатком этой схемы. При построении слаботочных преобразователей из-за погрешностей высокоомных резисторов также существенно проявляется зависимость выходного тока от напряжения на нагрузке.

Задачей изобретения является расширение диапазона выходных токов в сторону малых значений и упрощение процесса их регулирования.

Решение задачи достигается тем, что в преобразователе напряжения в ток, содержащем усилитель, неинвертирующий вход которого подключен к выводу для подключения нагрузки, и два последовательно включенных резистора, один из которых соединен с выходом усилителя, а другой - с входом управления, дополнительно введен третий резистор, включенный между точкой соединения первых двух резисторов и неинвертирующим входом усилителя.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что оно снабжено третьим резистором, включенным между точкой соединения двух резисторов цепи обратной связи и неинвертирующим входом усилителя.

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 фиг.1 приведена схема преобразователя напряжения в ток. Предложенное устройство содержит усилитель 1 (А1), вход которого соединен с выходом 2 преобразователя, последовательно соединенные резисторы 3 (R1) и 4 (R2), образующие цепь положительной обратной связи и включенные между выходом усилителя 1 и управляющим входом 5 преобразователя, а также резистор 6 (R3), включенный между точкой соединения резисторов 3 и 4 и входом усилителя 1. Нагрузка 7 (Rн) подключается через выходной зажим 2. Выход усилителя 1 может быть подключен к дополнительному выходу 8 преобразователя.

На фиг. 2 приведен пример схемы преобразователя напряжения в ток, выполненный на операционном усилителе. Эта схема содержит операционный усилитель 9 (A1), охваченный отрицательной обратной связью на резисторах 10 (R4) и 11 (R5), цепь положительной обратной связи на резисторах 12 (R1) и 13 (R 2), а также дополнительный резистор 14 (R3). Нагрузка 15 (Рн) подключена через выходной зажим 16, соединенный с инвертирующим входом усилителя 9. Выход усилителя 9 может быть подключен к дополнительному выходу 17.

Преобразователь работает следующим образом. Полагая входное сопротивление усилителя 1 бесконечно большим по сравнению с сопротивлением нагрузки 7, выражение для выходного тока можно представить в виде

Iвых=(Uдел-Uн)/(Rдел+R3),

где Uдел и Rдел - эквивалентная ЭДС и эквивалентное сопротивление делителя напряжения обратной связи, образованного резисторами 3 и 4; н - напряжение на нагрузке 7.

Учитывая, что

Uвых=КUн;

Uдел=UвхR2/(R1+R2)+UвыхR1/(R1+R2);

Rдел=R1R2/(R1+R2),

где К - коэффициент усиления усилителя 1, после подстановки получаем



Для нахождения условия независимости Iвых от Uн приравниваем выражение в квадратных скобках к нулю:

(K-1)R1-R2=0.

Из этого уравнения получаем

R2/R1=K-1 (1)

При точном выполнении такого соотношения выходной ток равен

Iвыx=Uвx/(R1+K R3) (2)

и не зависит от сопротивления Rн нагрузки 7. Значение этого тока можно регулировать изменением сопротивления резистора 6 без нарушения условия (1) в очень широких пределах. Причем, как это следует из (2), в схеме проявляется эффект увеличения сопротивления резистора R3 в К раз.

При реализации предложенного преобразователя на операционном усилителе (фиг. 2) необходимое значение коэффициента усиления обеспечивается выбором сопротивлений резисторов 10 и 11 цепи отрицательной обратной связи из условия получения необходимого значения коэффициента усиления K:

R4/R1=K-1.

В соответствии с этим целесообразно выбирать R2=R1 и R4=R5, что облегчает выполнение условия (1). Управление выходным током Iвых, как и в схеме устройства-прототипа, можно осуществлять обоими входными напряжениями U1 и U2.

Так как Uвых=K Uн, дополнительный выход 8 в схеме фиг.1 или 17 в схеме фиг. 2 позволяет получить напряжение Uвых, пропорциональное падению напряжения на нагрузке 15, что может быть использовано, например, при построении генераторов линейно изменяющегося напряжения. Благодаря малому выходному сопротивлению усилителя 9, охваченного отрицательной обратной связью, потребление тока с этого выхода может быть на несколько порядков больше выходного тока Iвых.

Минимальное значение тока Iвых определяется допустимым влиянием входного тока усилителя 9. Например, при использовании операционного усилителя типа 140УД24 с входным током менее 0,01 нА (Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник. С. В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон, В.И. Кулешова и др. /Под ред. С.В. Якубовского. М.: Радио и связь, 1990, с, 345, табл. 5-3), предложенная схема преобразователя позволяет формировать токи, начиная от 10 нА с погрешностью менее 0,1%.

Эффект увеличения сопротивления резистора 6 (или 14) в К раз позволяет использовать относительно низкоомные сопротивления с меньшими погрешностями, что обеспечивает более точное выполнение условия (1) и меньшую зависимость выходного тока от напряжения на нагрузке.

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 напряжения в ток, содержащий усилитель с входным сопротивлением, бесконечно большим по сравнению с сопротивлением нагрузки, причем неинвертирующий вход усилителя соединен с выводом для подключения нагрузки, и два последовательно включенных резистора, первый из которых соединен с входом управления, а второй - с выходом усилителя, причем коэффициент усиления усилителя равен К = R2/R1+1, где R1 и R2 - сопротивления первого и второго резисторов соответственно, отличающийся тем, что снабжен третьим резистором, включенным между точкой соединения первых двух резисторов и неинвертирующим входом усилителя.




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