CS206859B1 - Zapojení řízených nelineárních odporů v paralelní kombinaci - Google Patents

Description

(54) Zapojení řízených nelineárních odporů v paralelní kombinaci

Vynález se týká zapojení řízených nelineárních odporů v paralelní kombinaci, pro automatizační, regulační a výpočetní techniku a pro modelování fyzikálních závislostí pomocí elektrických veličin.

V regulační a výpočetní technice se často používá nelineárních odporů. Jsou to takové odpory, u nichž je hodnota elektrického odporu nelineárně závislá na elektrickém napětí přivedeném na vývody tohoto odporu. Také při modelování fyzikálních závislostí pomocí elektrických veličin je potřeba vytvořit paralelní kombinaci různých nelineárních odporů, které mají stejnou nelineární závislosti Je to na příklad při modelování důlních větrních sítí. V tomto případě je tlakový rozdíl, zvaný též deprese vyjádřen napětím na nelineárním odporu; odpor větrné cesty představuje hodnota elektrického odporu nelineárního odporu a množství větrů představuje proud protékající, inelineárním odporem. Pro tento účel se dosud používá termistorů nebo žárovek, případně elektronek nebo tranzistorů. Společnou nevýhodou všech těchto nelineárních odporů je, že charakteristika závislosti elektrického odporu přivedeného na vývody nelineárního odporu není dlouhodobě stálá a není ani dostatečně přesná. V případě použití termistorů, které je nejobvyklejší, je třeba značného množství elektrické energie nutné k zahřátí termistorů. Dále je třeba udržovat konstantní teplotu okolí. Měření je zdlouhavé s ohledem na tepelnou setrvačnost termistorů, která se nepříznivě projevuje při změnách modelové situace. *

206 859

Při použití žárovek jsou nevýhody stejné jako při použití termistorů a navíc se nepříznivě projevuje nespolehlivost, obtížné nastaveni odporu a rozměrnost celého zařízení. Při použití elektronek a tranzistorů je na závadu značná nepřesnost nelineárního odporu a jeho malá dlouhodobá stálost. Další velkou nevýhodou všech těchto prvků je časová nároč-. nost na stabilizaci tenloty při změně modelových situací, která se pohybuje řadově v hodinách, což značně prodlužuje celé měření.

Tyto nedostatky odstraňuje zanojení řízených nelineárních.odporů v paralelním uspořádání podle vynálezu. Zapojení sestává z nelineárního členu, napájecího bloku, rozdílových zesilovačů, zpětnovazebních a nastavovacích odporů. Podstata vynálezu spočívá v tom, že řízený odpor je spolu s přiřazeným zpětnovazebním odporem zanojen mezi vstupními svorkami zapojení. První vstupní svorka zapojení je spojena s prvním vývodem každého řízeného odporu a s informačním vstupem nelineárního členu. Nastavovací vstup nelineárního členu je spojen s nastavovací svorkou.

Ííídicí výstup nelineárního členu je spojen přes příslušný proměnný odpor s řídicím vstupem přiřazeného rozdílového zesilovače, Řídicí výstup každého rozdílového zesilovače je spojen s řídicím vstupem přiřazeného řízeného odporu. Druhý vývod každého řízeného odpo ru je spojen jednak se zpětnovazebním vstupem přiřazeného rozdílového zesilovače a jednak se druhým vývodem přiřazeného zpětnovazebního odporu. První vývod každého zpětnovazebního odporu jě spojen se druhou vstupní, svorkou zapojení a se zemní svorkou, se kterou je též spojen zemnicí výstup každého rozdílového zesilovače, zemnicí výstup nelineárního členu a zemnicí výstup napájecího bloku. Napájecí výstup napájecího bloku je spojen s napájecím vstupem každého rozdílového zesilovače a s napájecím vstupem nelineárního členu. Napájecí vstup napájecího bloku je spojen s napájecí svorkou.

Výhodou zapojení podle vynálezu je, že umožňuje s dostatečnou přesností uskutečnit libovolnou nelineární závislost elektrického proudu nebo elektrického odporu na elektrickém napětí přivedeném na svorky zapojení. Tato nelineární závislost je stejná u všech řízených odporů zapojených mezi vstupními svorkami zapojení bez ohledu na hodnotu elektrického odporu příslušného řízeného odporu. Závislost je libovolně reprndukovatelná a časově stálá. Zapojení je prostorově nenáročné a nevyžaduje konstantní teplotu okolí. S ohledem na svoji vysokou účinnost má nízkou spotřebu elektrické energie. Úspora elektrické energie se též projevuje v tom, že umožňuje rychle provést modelované změny a okamžitě odečítat naměřené hodnoty. Změna modelových situací a odečtení naměřených hodnot trvá řádově desítky sekund. Zapojení je velmi jednoduché a levné a lze je snadno sestavit z běžně dostupných součástek.

Přiklad zapojení dvou řízených nelineárních odporů v paralelním uspořádání podle vynálezu je znázorněno v blokovém schématu na připojeném výkresu. _r

První vstupní svorka 2 zapojení je spojena s prvním vývodem 011^ až 01l_fl každého říze ného odporu .1^ až a s informačním vstupem 021 nelineárního členu 2. Řízené odpory až

l._n jsou tranzistory nebo fototranzistory, případně tranzistory řízené polem nebo elektronky, které umožňuji měnit velikost vlastního elektrického odporu, nebo jimi protékaného proudu, bučí vlivem napětí nebo vlivem proudu, který se přivádí na jejich řídicí vstup 013 až 013^. Počet i velikost elektrického odporu jednotlivých řízených odporů až j._n není omezena. Nelineární člen 2 je stejnosměrný zesilovač s nelineární zápornou zpětnou vazbou tvořenou diodami a odpory nebo tranzistory. Výstupní napětí nelineárního členu je nelineárně závislé na vstupním napětí přivedeném na jeho informační vstup - 021.

Nastavovací vstup 022 nelineárního členu 2 je spojen s nastavovaní svorkou 10. Nastavovací svorka 10 je spojena bu5 s napětím nebo s impedancí, a slouží k nastavení nelinearity nelineárního členu 2. fiídioí výstup 025 nelineárního členu 2 je snojen s jedním vývodem každého nastavovacího odporu 3^ až 3^. Nastavovací odpory 3^ až 3_n jsou proměnné odpory, kterými se nastavuje nožadovaná hodnota proudu procházejícího příslušným řízeným odporem ly až · Hodnota proudu procházejícího příslušným řízeným odnorem 1^ až je závislá na velikosti napětí na řídicím výstupu 045až 045^ přiřazeného rozdílového zesilovače 4^ až 4_n· Sídicí výstup 045^ až 045^ rozdílového zesilovače 4^ až 4^ je spojen s řídicím vstupem 013! až 013^ přiřazeného řízeného odporu 1.^ až 2_n· Rozdílový zesilovač 4^ až 4 je operační zesilovač s asymetrickým vstupem a výstupem a s dostatečně velkým zesílením. Jeho přenos je proporcionální nebo proporcionálně integrační. Slouží k porovnávání napětí na svém řídicím vstupu 041^ až.041^ s napětím na svém zpětnovazebním vstupu 042^ až 042_n . Zpětnovazební vstup 04gaž 042^ každého rozdílového zesilovače 4^ až 4_n je spojen se druhým vývodem 012^ až 012_n přiřazeného řízeného odporu _1^ až _l_n a se druhým vývodem přiřazeného zpětnovazebního odporu 5^ až 5^. Zpětnovazební odpor 5^ až 5_fi je stabilní elektrický lineární odpor, který slouží k měření proudu protékajícího přiřazeným řízeným odporem 1^ až 2_n· Druhý vývod každého zpětnovazebního odporu 5^ až 5_r je spojen se druhou vstupní svorkou 8 zapojení a se zemní svorkou. Se zemní svorkou je též spojen zemnicí výstup 044^ až 044_n každého rozdílového zesilovače až 4^, zemnicí výstup 024 nelineárního členu 2, a zemnicí výstup 063 napájecího bloku 6. Napájecí blok 6^ je vytvořen z transfomátorů v tom případě, když je na napájecí svorce 9_, která je spojena s jeho napájecím vstupem 061 střídavé napětí. Je-li na napájecí svorce £ stejnosměrné nanětí, potom je napájecí blok 6 vytvořen z tranzistorových měničů. Součástí napájecího bloku 6 je usměrňovač střídavého'sekundárního napětí oddělovacího transformátoru a obvod pro filtraci a stabilizaci stejnosměrného výstupního napětí.

Filtrace se provádí obvykle kondenzátorem a stabilizace se provádí Zenerovou diodou.

X.

Napájecí výstup 062 napájecího bloku 6 je spojen s napájecím vstupem 023 nelineárního členu 2 a s napájecím vstupem 043až 043^ každého rozdílového zesilovače 4^ až 4^.

Funkce zapojení bude pro jednoduchost popsána pro řízení prvního nelineárního odporu, který je tvořen prvním řízeným odporem 1^ á prvním zpětnovazebním odporem 5^, nřestože nelinearita všech řízených nelineárních odporů připojených na vstupní svorky 7., 8_ zanojení je řízena jedním společným nelineárním členem 2. Na první vstupní svorku ]_ zapojení a na ' druhou vstupní svorku 8 zapojení se přivádí elektrické napětí. Toto napětí přichází na informační vstup 021 nelineárního ..členu 2, ve kterém se upravuje předem nastavenou nelineatou. Nelinearita je závislá ná buň na napětovém signálu nebo na impedanci přivedené na na stavovací svorku 10. V tomto konkrétním případě je závislost výstupního signálu na řídicím výstupu 025 nelineárníhó členu 2 exponenciálně záyislá na napětí na informačním vstupu 021 nelineárního bloku 2. Exponent je rovný takže Závislost je odraocninová. Výstupní napětí z řídicího, výstupu 025 nelineárního členu 2 se vede přes první nastavovací odpor 3^ na řídicí vstup 041^ prvního rozdílového zesilovače 4^. Prvním nastavovacím odporem 3^ se zadává požadovaná hodnota proudu protékajícího prvním řízeným odporem První rozdílový zesilovač ,4^ porovnává hodnotu požadovaného proudu, která je na jeho řídicím vstupu 041^ s hodnotou skutečného proudu protékajícího prvním řízeným odporem JL^, která je na zpětnovazebním vstupu 042, prvního rozdílového zesilovače 4^ a která se získává z úbytku napětí na prvním zpětnovazebním vstupu 042, prvního rozdílového zesilovače 4^ a která se získává z úbytku napětí na prvním zpětnovazebním odporu 5^. Úbytek nanětí na prvním zpětnovazebním odporu 5| je lineárně závislý na proudu protékajícím prvním řízeným odporem Rozdíl mezi požadovanou hodnotou proudu a skutečnou hodnotou proudu protékajícího prvním řízeným odporem _1^ se v prvním rozdílovém zesilovači zesílí a výstupní napětí, na jeho řídicím výstupu 045ji se přivádí na řídicí vstup 013prvního řízeného odporu Ip Tím se mění hodv nota elektrického odnoru prvního řízeného odporu _1^ tak dlouho, až se srovná velikost požadované hodnoty proudu se skutečnou hodnotou protékajícího proudu, to znamená, že napětí na zpětnovazebním vstupu 042^ prvního rozdílového zesilovače 4^ je stejné napětí jako napětí na jeho řídicím vstupu 041^. Protože požadovaná hodnota proudu protékajícího prvním řízeným odporem je odvozena od vstupního napětí ná první vstupní svorce 7, přes nelineární člen 2, je i skutečná hodnota proudu protékajícího prvním řízeným odporem nelineárně závislá na vstupním napětí na vstupních svorkách 8 zapojení. Nelineární člen 2 i první rozdílový zesilovač 4^ se napájí ze společného napájecího bloku 6. Stejnosměrné napájecí napětí-z napájecího bloku 6 je galvanicky odděleno od vstupního napětí přivedeného na napájecí svorku 9, tím je umožněno zapojovat paralelní kombinace nelineárních odporů do série. Potom každá paralelní kombinace má své galvanicky oddělené zapojení. Použije-li se zapojení pro modelování nelineárních odporu důlních větrných sítí, potom tlakový rozdíl zvaný též deprese, představuje napětí na nelineárním odporu, to je vstupní napětí na vstupních svorkách 7_, 8 zapojení. Množství vzduchu procházející důlní chodbou, tak zvaný vítr, představuje proud protékající nelineárním odporem, který tvoří první řízený odpor ^a první zpětnovazební odpor Odpor větrné cesty, to je odpor, který klade důlní chodba procházejícímu vzduchu představuje hodnota elektrického odporu nelineárního odporu, což je v tomto případě sériové zapojení prvního řízeného odnoru a nrvního zpětnovazebního odporu 5p

Tlakový rozdíl - deprese je dán vztahem h = R . Qⁿ, kde h je tlakový rozdíl - deprese, ft je odpor větrné cesty,

Q je množství vzduchu a n je exponent, který se pohybuje v rozmezí 1,6 až 2,4.

Vynálezu še využije v regulační technice, při modelování fyzikálních závislostí pornoa.

cl elektrických veličin, zejména při modelování dňlních větrných sítí.

Claims (1)

1. P ft E D M ÉT VYNÁLEZU

   Zapojení řízených nelineárních odporň v paralelní kombinaci, vyznačující se tím, že každý řízený odpor (lj až i_fl) je spolu s přiřazeným zpětnovazebním odporem (5^ až 5_n) zapojen mezi vstupními svorkami (7, 8) zapojení, jehož první vstupní svorka (7) je spojena s prvním vývodem (011^ až 011_n) každého řízeného odporu (1_JL až 1_β) a s informačním vstupem (021) nelineárního členu (2), jehož nastavovací vstup (022) je spojen s nastavovací svorkou (10) a' řídicí výstup (025) nelineárního členu (2) je spojen přes příslušný proměnný odpor (3^ až 3_n) s řídicím vstupem (041^ až 041_n) přiřazeného rozdílového zesilovače (4j až 4_n), jehož řídicí výstup (045^ až 045_n) je spojen s řídicím vstupem (013^ až 013^) přiřazeného řízeného odporu (1^ až l_n), jehož druhý vývod (012^ až 012^) je spojen jednak se zpětnovazebním vstupem (042^ až 042_n> přiřazeného rozdílového zesilovače (4^ až 4_n) a jednak se druhým vývodem přiřazeného zpětnovazebního odporu (5^ až 5_n), jehož první vývod je spojen jednak se druhou vstupní svorkou (8) zapojení a jednak se zemní svorkou, se kterou je též spojen jednak zemnicí výstup (044^ až 044_n) každého rozdílového zesilovače (4^ až ), jednak zemnicí výstup (024) nelineárního členu (2) a jednak zemnicí výstup (063) napájecího bloku (6), jehož napájecí výstup (062) je spojen jednak s napájecím vstupem (043^ až 043_n) každého rozdílového zesilovače (4^ až 4_n) a jednak s napájecím vstupem (023) nelineárního členu (2), přičemž napájecí vstup (061) napájecího bloku (6) je spojen s napájecí svorkou (9).