Двуполярный программируемый источник тока и напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике . Цель изобретения - повышение надежности защиты активной нагрузки в импульсном режиме. Источник содержит регулирующий элемент 1, два усилителя-ограничителя 2, 3, датчики 4, 5 рассогласования по току и напряжению , буферный каскад 7, блок 6 за ,6ta3 сл Sea 1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

19)SU(Ill 1 335958

А1 (51) 4 G 05 F I /569 ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3960593/24-07 (22) 08.10.85 (46) 07.09.87. Бюл. 11 33 (72) Г.М. Шамхалов и И.Т,Золототрубов (53) 621.316.722.1(088.8) (56) Авторское свидетельство ГССР

У 1086416, кл. G 05 F 1/56, 1983.

Тестер КВК СИЦ Э-500-001, блок

IП401. Техническое описание. (54) ДВУХПОЛЯРНЫЙ ПРОГРАИМИРУЕИЫИ ИСТОЧНИК ТОКА И 1!АПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения — повьппение надежности защиты активной нагрузки в импульсном режиме. Источник содержит регулирующий элемент I два усилителя †ограничите 2, 3, датчики

4, 5 рассогласования по току и напряжению, буферный каскад 7, блок б за1335958 дания-ограничения выходного сигнала. блок 8 управления, нелинейный блок 9, благодаря которому обеспечена развязка нагрузки от источника путем подИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в контрольно-измерительном оборудовании в качестве режимных источников при испытаниях полупроводниковых приборов.

Цель изобретения — повышение надежности защиты активной нагрузки в импульсном режиме.

На фиг.1 пред" òàâëåíà функциональная схема двухполярного программируемого источника тока и напряжения; на фиг.2 — функциональная схема блока управления.

Источник содержит регулирующий элемент 1, усилители-ограничители 2 и 3 датчик 4 рассогласования по току, датчик 5 рассогласования по напряжению, блок 6 задания-ограничения выходного сигнала, буферный каскад 7, блок 8 управления, нелинейный блок 9, три входные клеммы и две выходные клеммы для подключения активной нагрузки.

Усилители-ограничители 2 и 3 имеют в своем составе элементы 10 — 13 коммутации (ключи) полярности задаваемых тока или напряжения. Датчик рассогласования по току, в свою очередь, состоит из резисторного датчика 14 тока, включенного между одними входами инвертируемого операционного усилителя 15 и сумматора 16, между другими входами которых включен программируемый источник 17 эталонного напряжения. Датчик 5 рассогласования по напряжению состоит из последовательно включенных датчика 18 напряжения на резисторах и программируемого источника 19 эталонного напряжения.

Блок 6 задания-органичения выходного сигнала состоит из дифференциального усилителя 20 с элементом 21 коммутации (ключом) в цепи обратной связи, программируемого источника 22 эталонного напряжения и включенных последо держания нуля напряжения на выходе регулирующего элемента в промежутках времени между тестами и тем самым повышается надежность защиты. 2 ил. вательно резистора 23 и электронного ключа 24. Элементы режимного обеспечения (резисторы, конденсаторы и т.д.) на чертеже не обозначены позициями. Программируемый источник 22 эталонного напряжения и выход электронного ключа 24 подключены к инвертирующему входу дифференциального усилителя 20, к неинвертирующему вхо1О ду которого через резисторы подключены выходы усилителей-ограничителей

2 и 3.

Блок 8 управления состоит из задающего генератора 25, трех триггеров ." 26 — 28, двух регистров 29 и 30 памяти, аналоговых ключей 31 — 33, двух разнополярных источников 34 и 35 эталонного напряжения и шести логических элементов И 36 — 41 (фиг.2).. Pe20 гулирующий элемент 1 служит для поддержания постоянного уровня сигнала (тока или напряжения) на выходе источника и выполнен на транзисторах типа КТ825Г и КТ827А, включенных по схеме эмиттерных повторителей, Кол-. лекторы названных транзисторов раздельно подключены к первой и второй входным клеммам источника, базы — к выходу буферного устройства 7, а

Зб эмиттеры — к входу нелинейного блока

9 и резистору 23 блока 6 задания-ограничения выходного сигнала.

Усилители-ограничители 2 и 3 предназначены для усиления сигналов расЗ5 согласования, поступающих с выходов соответствующих датчиков 4 и 5 рассогласования по току и напряжению.

Усилители-ограничители 2 и 3 выполнены на базе операционных усилителей

40 (микросхемы типа К 140УД6). В цепь обратной связи каждого из усилителейограничителей 2 и 3 параллельно включены цепочки из последовательно соединенных ключа и диода. Ключи 10 - !3

45 предназначены для коммутации диодов, служащих, в свою очередь, для ограни1335958

55 чения на выходе усилителей †ограничителсй 2 и 3 сигналов соответствующей полярности. Ключи 10 и 13 выполнены на полевых транзисторах типа КП302ЛМ, ключи 11 и 12 — на транзисторах

УП103М, а диоды — типа Kg522. Входы усилителя-ограничителя 2 подключены к ныходам датчика 4 рассогласования по току, причем инвертирующий вход усилителя 2 соединен с выходом резисторного сумматора 16, входящего в состав датчика 4 рассогласонания по току, а неинвертирующии вход — с программируемым источником 17 эталонного напряжения и неиннертируюшим входом инвертирующего усилителя 15. Входы усилителя †ограничите подключены к выходам датчика 5 рассогласования по напряжению, причем инвертирующий вход усилителя 3 подключен к точке соединения резисторов датчика 18 »апряжения, а неиннертирующии вход — к программируемому источнику 19 эталонного напряжения.

Датчики 4 и 5 рассогласования по току и напряжению соответственно служат для выделения сигналов рассогласования, пропорциональных отклонениям выходного сигнала от заданных зна— чений, определяемых программируемыми источниками 17 и 19 эталонных напряжений и соответствующими регулируемыми резисторами 14 и 18 ° Датчик 14 тока одним выводом соединен с входом иннертируюшего усилителя 15 и первой выходной клеммой для подключения нагрузки, а другим — с выводом нелинейного блока и одним из входов сумматора 16 датчика 4 рассогласования по току. Инвертируюший усилитель 15 выполнен на микросхеме К140УД6, программируемые источники 17 и 19 эталоннь;х напряжений выполнены на базе цифроаналоговых преобразователей (микросхем К572ПА2) и операционных усилителей (микросхемы К140УД6).

Блок 6 задания — ограничения выходного сигнала предназначен для задания смещения на управляющем входе регулирующего элемента 1 через (буферный каскад 7), ограничения выбросов выходного сигнала в переходных режимах работы источников, а также для поддержания нулевого уровня на выходе регулируюшего элемента в промежутках времени ме;кду импульсами (время выключения источника). Дифференциальный усилитель 20 блока 6 предназначен для

1О

35 усиления разности сигнаЛов программируемого источника 22 эталс ннс го напряжения и выходных сигналов усилителей-ограничителей 2 и 3.

Электронный ключ 21 в цепи обратной связи дифференциального усилителя 20 предназначен для размыкания ее на время выключения источника. Резистор 23 совместно с электронным ключом 24 служат для образования коммутируемой обратной связи с выхода регулируемого элемента 1 на инвертирующий вход дифференциального усилителя

20. Последний выполнен на интегральной микросхеме К140УД6. Электронные ключи 21 и 24 выполнены на полевых транзисторах КП1ОЗИ, источник 22 эталонного напряжения — на микросхеме

К!40УД6 (программируемой полярностью). Буферный каскад 7 представляет собой сумматор на резисторах, подключенных к выходам усилителей-ограничителей 2 и 3 и блока 6 задания-ограничения выходного сигнала. Блок 8 управления служит для хранения информации о полярности выходных сигналов источников 17, 19 и 22 эталонных напряжений (посредством триггеров 26

28 памяти), хранения данных о величинах и диапазонах задаваемых токов или напряжений (посредством регистров

29 и 30 памяти), а также передачи этой информации в соответствующие узлы и блоки устройстна посредством логических элементов И 36-41 по сигналам разрешения с задающего генератора 25, представляющего собой мультивибратор..

Источники 34 и 35 эталонных напряжений блока 8 управлени предназначены для задания входных напряжений программируемым источникам 17, 19 и

22, ключи 31 — 33 служат для выбора требуемой полярности эталонных напряжений в зависимости от информации, записанной в соответствующих триггерах 26 и 28. Триггеры 26 — 28, регистры 29 и 30 и логические элементы

И 36-41 выполнены на микросхемах с.ерии 155. В качестве ключей 31 — 33 использованы реле с магнитоуправляемыми контактами типа КЭМ-3. Источники 34 35 эталонных напряжений выполнены на базе операционных усилителей (микросхемы К140УД6) и стабилитронов Д818Е.

Нелинейный блок 9 предназначен для разняэки выхода регулирующего элемен! 335958 та l через выходные клем><ь> для подKлючения нагрузки. Нелинейный блок 9 с<><"1 onт иэ двсух н còpЫÍÎ нклк>чp>n<ü!õ стабилнтронов типа KС ЗЗЛ и парал.<ельно включенных резистора и конденсатс>— ра.

Работа двухполярного программируемого источника тока и напряжения про-!О исходит следующим образом.

Из блока 8 управления данные о ве-<ичинах диапазонах и полярнос тях задаваемых токов и напряжений поступают на программируемые источники 17, 19 2? 15 эталонных напряжений и ключевые эле— менты 10 — 13, 21, 24, входящие в состав усилителей-ограничителей 2 и 3 и блока 6 задания-ограничения выходного сигнала. По сигналу иэ блока 8 20 управления, формируемому задающим генератором 25 и определяющему время включения устройства, на выходах программируемых источникон 17, 19 и 22 эталонных напряжений поянля>отся импульсы запрограммируемой амплитуды и

?толярности, например отрицательной. При

25 этом включаются ключи 10 и 13 усилителей-ограничителей 2 и 3 соответственно.

На инвертирующий вход дифференциального усилителя 20 блока 6 задания— ограничения подается отрицательное напряжение от источника 22 эталонного напряжения. При этом на выходе дифференциального усилителя 20, являющемся выходом блока 6, устанавливается положительное напряжение, которое через буферный каскад 7 поступа- 40 ет на вход регулирующего элемента 1, На выходе последнего формируется передний Фронт импульсного режимного сигнала (испытательного теста). F.cpu напряжение на выходе устройства пре- 45 высит заданное значение, то сигнал на выходе датчика 5 рассогласования по напряжению изменит свою полярность, т.е. станет положительным.

Тогда на выходе усилителя-ограничителя 3 появится отрицательное напряжение, которое в буАерном каскаде 7 вычитается из положительного напряжения блока 6 задания-ограничения, уменьшая выходной сигнал буферного каскада 7. Одновременно сигнал с выхода усилителя-ограничителя 3 воздействует на неинвертируюший вход дифференциального усилителя 20, н результaòå чего на нь<х<>де пос:леднего происходит с:граничсние напряжения

?>римерно и» уровне, сос>тветстнуюцем значению, при кото?-,с м произошло превышение выход?>ого nапряжения источника, т,е. на уровне запрограммированЛОГО зна ->ения.

После окончания теста блок 8 управления замыкает все ключи 10

13 в усилителях-ограничителях 2 и 3, напряжения на выходах которых становятся близкими к нулю. Тем самь<м исключается влияние усилителей-ограничителей 2 и 3 на формирование выходного сигнала источника в течение времени между тестами. Одновременно замыкается кгюч 24 н O IQKe 6 заданияограничения, подключающий резистор

23 обратной связи с выхода регулирующего элемента 1 к инвертируюшему входу диАференциального усилителя 20, и размыкается ключ 21, разрывающий обратную связь дифференциального усилителя ?0. Это обеспечивает поддержание нуля напряжения на выходе регулирующего элемента 1 с более высокой точностью, поскольку коэАфициент усиления операционного усилителя без обратной связи.вьш>е, чем с обратной.

Таким образом, после окончания теста дифференциальный усилитель 20 начинает работать как инвертирующий, у которого входное напряжение, подаваемое от источника 22 эталонного напряжения в промежутках времени между тестами, равно нулю. Следовательно, на резисторе 23 дополнительной обратной связи, а также на выходе регулирующего элемента 1 будет поддерживаться нуль напряжения, Нелинейный блок 9 совместно с резисторным датчиком 14 тока осуществляет развязку выходов регулирук>щего элемента 1 к выходным клеммам для подключения нагрузки, обеспечивая тем самым развязку нагрузки от источника, т.е. надежную защиту нагрузки o-. источника.

Таким образом, благодаря введен— ным средствам обеспечивается надежная защита нагрузки н импульсном режиме с сохранением высоких динамических характеристик и точности задания выходного тока и напряжения. При этом сохранение вы=оких динамических свойств и точности обусловлено тем, что нелинейный блок 9, помимо функции развязки, одновременно позволяет устранить влияние переходных

1335958 процессов, возникающих при переключениях источников от теста к тесту.

Формула изобретения

Двухполярный программируемый источник тока и напряжения, содержащий регулирующий элемент, два усилителяограничителя, датчики рассогласования по току и напряжению, буферный каскад, блок задания-ограничения выходного сигнала, имеющий в своем составе дифференциальный усилитель, блок управления, три входные клеммы, две клеммы для подключения нагрузки, причем первый и второй входы регулирующего элемента соединены с первой и второй входными клеммами, третий вход — с выходом буферного каскада, входы которого раздельно соединены с выходами усилителей-ограничителей и блока задания-ограничения выходного сигнала, первый и второй входы которого соединены с выходами усилителейограничителей, раздельно подключенных своими первыми и вторыми входами к соответствующим выходам датчиков рассогласования по току и напряжению, первые входы которых соединены с первой клеммой для подключения нагрузки, третья входная клемма — с второй клеммой для подключения нагрузки, группы выходов блока управления с первой по пятую раздельно соединены с третьими входами усилителей-ограничителей, вторыми входами упомянутых датчиков и третьими входами блока задания-ограничения выходного сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности защиты активной нагрузки в импульсном режиме, в источник введен нелинейный блок, а в блок задания-ограничения выходного сигнала — последовательно соединенные резистор и электронный ключ, включенные между входом нелинейного блока и инвертирующим входом упомянутого дифференциального усилителя, вход нелинейного блока соединен с выходом регулирующего элемента, выход — с третьим входом датчика рассогласования по току, а шестая группа выходов блока управления соединена с четвертыми входами блока задания †ограничен выходного сигнала.

1335958

70

Составитель О. Овсянникова

Техред В.Кадар Корректор А. Тяско

Редактор В. Даико

Заказ 4046/42

Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r ° жгород, ул. .р

V П оектная 4