Сумматор токовых сигналов - RU161950U1
Код документа: RU161950U1
Чертежи
Описание
Полезная модель относится к приборостроению, а именно к электронным устройствам промышленной автоматики.
Известен сумматор токовых сигналов (далее - сумматор) модуля И001.1 регулирующего устройства Р27 производства МЗТА (см. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования. Справочное пособие. Под редакцией А.С. Клюева. М., Энергоатомиздат, 1989, стр. 162, рис. 437, а также http://www.tenco.ru/1001.1.jpg). Этот сумматор содержит трансформатор тока, входные обмотки которого подключены к соответствующим входам через бесконтактный управляемый ключ, а также через такой же ключ выходная обмотка трансформатора подключена к усилителю тока. Для управления ключами сумматор содержит дополнительный трансформатор с отдельными выходными обмотками для каждого ключа.
Недостатком этого сумматора является сложность схемы из-за наличия двух многообмоточных трансформаторов и низкая точность работы, возникающая вследствие влияния коммутационных выбросов ключей и возможных разбросов характеристик разных экземпляров ключей в разных по номеру входах.
Известен также сумматор, содержащий триггер Шмитта, выход которого через рабочую обмотку дросселя насыщения подключен ко входу триггера Шмитта, токозадающему резистору и входу фильтра, второй вывод токозадающего резистора подключен к общей шине, входы сумматора подключены к входным обмоткам дросселя насыщения (см. а.с. СССР №703833, МКИ G06G 7/14, опубликовано 15.12.79).
Недостатком этого сумматора является низкая точность. Сумматор работает следующим образом. На выходе триггера Шмитта возникает прямоугольный сигнал с частотой:
где: U1 - напряжение на выходе триггера Шмитта;
В - индукция насыщения сердечника дросселя;
S - площадь сечения сердечника дросселя;
ωр - число витков рабочей обмотки дросселя.
Напряжение на токозадающем резисторе этого сумматора
где: R - номинал токозадающего резистора;
ω - число витков входных обмоток;
I - ток входных обмоток дросселя;
ωр - число витков рабочей обмотки дросселя.
Как видно из (2) на точность сигнала U2 влияет точность номинала токозадающего резистора. Для корректной работы и получения максимально возможного напряжения U2 и точности сумматора необходимо соблюдать следующие условия. Для минимизации гистерезиса, который возникает при переполюсовке входного тока, желательно перемагничивать сердечник дросселя по предельному циклу перемагничивания за счет тока через рабочую обмотку, для чего нужно увеличить U1, или увеличить число витков юр, или уменьшить R, тем самым добиться наибольшего значения ампер-витков в рабочей обмотке. Первое приводит к увеличению частоты работы триггера Шмитта [см. (1)], что сопровождается ухудшением стабильности в работе триггера Шмитта, т.к. пороги срабатывания с ростом частоты работы становятся менее стабильными. Увеличение ωр повышает трудоемкость изготовления дросселя насыщения. Уменьшение R приводит к уменьшению U2 и уменьшению точности сумматора в случае охвата его обратной связью за счет уменьшения глубины обратной связи. Таким образом возникает техническое противоречие (с увеличением U1 ухудшается работа триггера Шмитта, с уменьшением U1 уменьшаются ампер-витки), не позволяющее достичь максимально возможной точности.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели является сумматор из состава регулирующего устройства РП4-УМ1 производства ОАО «АБС ЗЭиМ Автоматизация» (см. Устройство регулирующее РП4-М1. Руководство по эксплуатации ЯЛБИ.421212.001 РЭ, приложение И, стр. 52 http://www.zeim.ru/production/docs/re/21.pdf. дата создания документа 13.01.2015). Сумматор содержит триггер Шмитта, выход которого подключен к базам комплементарного эмиттерного повторителя, эмиттеры которого подключены через рабочую обмотку дросселя насыщения к первому выводу токозадающего резистора, входу триггера Шмитта и выходу сумматора, входы сумматора подключены к входным обмоткам дросселя насыщения, второй вывод токозадающего резистора подключен к общей шине.
Недостатком этого сумматора являются недостатки второго аналога, описанные выше, а также то, что параметры комплементарных транзисторов могут иметь разброс между собой, что приводит к дополнительному снижению точности сумматора.
Предлагаемая полезная модель направлена на решение задачи повышения точности сумматора.
Для достижения указанного технического результата в сумматор, содержащий триггер Шмитта, дроссель насыщения, токозадающий резистор, комплементарный эмиттерный повторитель, эмиттеры которого подключены через рабочую обмотку дросселя насыщения к первому выводу токозадающего резистора и входу триггера Шмитта, входы сумматора подключены к входным обмоткам дросселя насыщения, введен операционный усилитель, подключенный выходом к базам эмиттерного повторителя, инвертирующим входом - к эмиттерам эмиттерного повторителя, а неинвертирующим входом - к выходу триггера Шмитта, второй вывод токозадающего резистора подключен к выходу сумматора.
На чертеже представлена структурная схема заявляемого сумматора.
Сумматор содержит триггер 1 Шмитта, операционный усилитель 2, комплементарный эмиттерный повторитель 3, дроссель 4 насыщения с рабочей обмоткой 5 и входными обмотками 6, соединенными с входами сумматора, токозадающий резистор 7, выход 8 сумматора. Все узлы, входящие в состав сумматора, могут быть выполнены любым известным в технике способом.
Сумматор работает следующим образом. После включения питания триггер 1 Шмитта оказывается в одном из двух устойчивых состояний. После этого момента ток через рабочую обмотку 5, токозадающий резистор 7 и входное сопротивление нагрузки на выходе 8 сумматора начинает возрастать, а при выходе дросселя 4 на насыщение скорость нарастания тока резко увеличивается, увеличивается напряжение на токозадающем резисторе 7 и при его превышении порога срабатывания триггера 1 Шмитта полярность напряжения на его выходе меняет знак. Начинается процесс перемагничивания дросселя по петле гистерезиса. Выходным сигналом сумматора является ток Iвых, значение которого равно:
Как видно из (3) выходной сигнал не зависит от величины сопротивления токозадающего резистора 7, следовательно, точность, по сравнению с прототипом, выше. Для получения значительной величины ампер-витков через рабочую обмотку 5 для обеспечения перемагничивания дросселя 4 по предельной петле гистерезиса можно принять достаточно низкий номинал токозадающего резистора 7, причем без потери точности сумматора, при этом также можно принять низкое значение U1 в формуле (1) и достаточно малое число витков ωр рабочей обмотки 5 для получения оптимальной частоты генерации f.
Таким образом, использование в качестве выходного сигнала токового сигнала повышает точность работы сумматора по сравнению с прототипом. Введение операционного усилителя 2 ликвидирует зависимость точности от разбросов параметров комплементарных транзисторов в комплементарном эмиттерном повторителе 3, тем самым еще повышается точность работы сумматора.
Реферат
Сумматор токовых сигналов, содержащий триггер Шмитта, дроссель насыщения, токозадающий резистор, комплементарный эмиттерный повторитель, эмиттеры которого подключены через рабочую обмотку дросселя насыщения к первому выводу токозадающего резистора и входу триггера Шмитта, входы сумматора подключены к входным обмоткам дросселя насыщения, отличающийся тем, что в него введен операционный усилитель, подключенный выходом к базам эмиттерного повторителя, инвертирующим входом - к эмиттерам эмиттерного повторителя, а неинвертирующим входом - к выходу триггера Шмитта, второй вывод токозадающего резистора подключен к выходу сумматора.
Формула
