CS250489B1 - Zapojení třípololiového koncového stupně - Google Patents

Abstract

Řešení se týká nespojitého řízení servopohonů a řeší zapojení koncového stupně. Vstupní kladný nebo záporný signál přichází přes vstupní odpory a oddělovací diody na invertující vstup operačního zesilovače, kde se sečítá se signálem ze záporné zpětné vazby zajišťující třípolohový výstupní signál. Hysterze spínání se odvozuje ze signálu z kladné zpětné vazby přes odporový dělič, přichází na neinvertující vstup operačního zesilovače. Omezení četnosti spínání se provádí omezujícím signálem přes zpětnovazební obvod vytvořený z diod, odporů, kondenzátorů a tranzistoru. Vstupní napětí se mění v kladných i záporných hodnotách. Výstupní signál je třístavový, to znamená buď nulový, nebo kladný nebo záporný. Zapojení se využije při regulaci technologických procesů, kde se používá 'servopohonů.

Description

Vynález se týká zapojení třípolohového koncového stupně pro nespojité řízení servopohonů.

Jsou známá zapojení třípolohového koncového stupně, která jsu vytvořena ze dvou samostatných dvoupolohových klopných obvodů. Nevýhodou tohoto uspořádání je, že jsou vytvořeny z většího množství součástek, takže jsou dražší a zapojení je složitější. To má za následek snížení spolehlivosti celého zapojení. Další nevýhodou je, že toto zapojení vysílá spínací signál servomotoru podle signálu na svém vstupu, takže četnost spínacích signálů není časově omezena. V technických podmínkách pro provoz servomotorů je určen maximální počet sepnutí servomotoru za časovou jednotku. Pokud je tento počet sepnutí vyšší, dochází k přetěžování servomotoru a ke snižování jeho životnosti. Výrobce servomotorů při nedodržení technických podmínek nepřebírá záruku za bezporuchový provoz servomotorů.

Tyto nedostatky odstraňuje zapojení třípolohového koncového stupně podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že vstup zapojení je spojen s prvním vývodem druhého vstupního odporu a s prvním vývodem prvního vstupního odporu. Druhý vývod prvního vstupního odporu je spojen s katodou první oddělovací diody a dále je spojen přes sériovou kombinaci prvního zpětnovazebního odporu, prvního vypínače a třetí oddělovací diody s kolektorem prvního tranzistoru. Báze prvního tranzistoru je spojena s prvním vývodem prvního oddělovacího odporu. Emitor prvního tranzistoru je spojen s prvním pólem prvního kondenzátoru a s katodou čtvrté oddělovací diody. Anoda čtvrté oddělovací diody je spojena s druhým vývodem prvního oddělovacího odporu, s katodou páté oddělovací diody, se druhým vývodem druhého· oddělovacího odporu, se druhým vývodem čtvrtého zpětnovazebního odporu, s výstupem operačního zesilovače, s výstupem zapojení, a s prvním střídavým vývodem usměrňovacího můstku. Kladný vývod usměrňovacího můstku je spojen s prvním vývodem třetího zpětnovazebního odporu. Druhý vývod třetího zpětnovazebního odporu je spojen se záporným pólem napájecího napětí. Kladný pól napájecího napětí je spojen se druhým vývodem druhého zpětnovazebního odporu. První vývod druhého zpětnovazebního odporu je spojen se záporným vývodem usměrňovacího můstku. Druhý střídavý vývod usměrňovacího můstku je spojen s anodou první oddělovací diody, s katodou druhé oddělovací diody a s invertujícim vstupem operačního zesilovače. Neinvertující vstup operačního zesilovače je spojen s prvním vývodem čtvrtého zpětnovazebního odporu a s prvním vývodem pátého zpětnovazebního odporu. Druhý vývod pátého zpětnovazebního odporu je spojen s nulovým potenciálem. S nulovým potenciálem je též spojen druhý pól prvního kondenzátoru a druhý pól druhého kondenzátoru. První pól druhého kondenzátoru je spojen s anodou páté oddělovací diody a s emitorem druhého tranzistoru. Báze druhého tranzistoru je spojena se druhým vývodem druhého oddělovacího odporu. Kolektor druhého tranzistoru je spojen přes sériovou kombinaci šesté oddělovací diody, druhého vypínače a šestého zpětnovazebního odporu se druhým vývodem druhého vstupního odporu a s anodou druhé oddělovací diody.

Výhodou uspořádání podle vynálezu je, že jedním operačním zesilovačem se zpětnou vazbou uskutečňuje třípolohový výstup koncového stupně. Tím se zaručuje, že může nastat jen jeden výstupní stav třípolohového výstupního stupně. Zapojení zajišťuje pro každý smysl odchylky určitou časovou prodlevu mezi dvěma po sobě následujícími sepnutími servomotoru. Tím se zajistí dodržení požadavku výrobce servopohonu a nemůže se překročit maximální počet sepnutí za časovou jednotku. Zapojení je obvodově jednoduché, levné a spolehlivé.

Zapojení podle vynálezu je znázorněno schematicky na připojeném výkrese.

Všechny součásti zapojení jsou běžného provedení. Usměrňovači můstek 14 je vytvořen ze čtyř diod v můstkovém zapojení. Usměrňovači můstek 14 a operační zesilovač 5 se napájí ze společného napájecího zdroje, který není na výkrese znázorněn. Vstup 100 zapojení je spojen s prvním vývodem druhého vstupního odporu 2 a s prvním vývodem prvního vstupního odporu 1. Druhý vývod prvního vstupního odporu 1 je spojen s katodou první oddělovací diody 3 a dále je spojen přes sériovou kombinaci prvního zpětnovazebního odporu 8, prvního vypínače 23 a třetí oddělovací diody 7 s kolektorem prvního tranzistoru 8. Báze prvního tranzistoru 8 je spojena s prvním vývodem prvního oddělovacího odporu 9. Emitor prvního tranzistoru 8 je spojen s prvním pólem kondenzátoru 11 a s katodou čtvrté oddělovací diody 10. Anoda čtvrté oddělovací diody 10 je spojena se druhým vývodem prvního oddělovacího odporu 9, s katodou páté oddělovací diody 18, se druhým vývodem druhého oddělovacího odporu 17, se druhým vývodem čtvrtého zpětnovazebního odporu 15, s výstupem 053 operačního zesilovače 5, s výstupem 200 zapojení a s prvním střídavým vývodem 141 usměrňovacího můstku 14. Kladný vývod 143 usměrňovacího můstku 14 je spojen s prvním vývodem třetího zpětnovazebního odporu 13. Druhý vývod třetího zpětnovazebního odporu 13 je spojen se záporným pólem napájecího napětí. Kladný pól napájecího napětí je spojen se druhým vývodem druhého· zpětnovazebního odporu 12. První vývod druhého zpětnovazebního odporu 12 je spojen se záporným vývodem 144 usměrňovacího můstku 14. Druhý střídavý vývod

142 usměrňovacího můstku 14 je spojen s anodou první oddělovací diody 3, s katodou druhé oddělovací diody 4 a s invertujícím vstupem 051 operačního zesilovače 5. Neinvertující vstup 052 operačního zesilovače 5 je spojen s prvním vývodem čtvrtého zpětnovazebního odporu 15 a s prvním vývodem pátého zpětnovazebního odporu 16. Druhý vývod pátého zpětnovazebního odporu 16 je spojen s nulovým potenciálem. S nulovým potenciálem je též spojen druhý pól prvního kondenzátoru 11 a druhý pól druhého kondenzátoru 19. První pól druhého kondenzátoru 19 je spojen s anodou páté oddělovací diody 18 a s emitorem druhého tranzistoru 20. Báze druhého tranzistoru 20 je spojena se druhým vývodem druhého oddělovacího odporu 17. Kolektor druhého tranzistoru 20 je spojen přes sériovou kombinaci šesté oddělovači diody 21, druhého vypínače 24 a šestého zpětnovazebního odporu 22 se druhým vývodem druhého vstupního odporu 2 a s anodou druhé oddělovací diody 4.

Zapojení pracuje takto: Nejprve se uvede v činnost zdroj napájecího napětí, který není na výkrese znázorněn. Tímto zdrojem se napájí operační zesilovač 5. Z kladného pólu zdroje napájecího napětí se napájí přes druhý zpětnovazební odpor 12 záporný vývod 144 usměrňovacího můstku 14. Ze záporného pólu zdroje napájecího napětí se napájí ipres třetí zpětnovazební odpor 13 kladný vývod 143 usměrňovacího můstku 14. Na výstupní svorce 200 zapojení třípolohového koncového stupně může být jeden ze tří možných stavů. V prvním případě je na výstupní svorce 200 zapojení nulové napětí, ve druhém případě je na výstupní svorce 200 zapojení kladné napětí a ve třetím případě je na výstupní svorce 200 zapojení záporné napětí. Stav napětí na výstupní svorce 200 zapojení je závislý na stavu napětí na vstupní svorce 100 zapojení. Napětí na vstupní svorce 100 zapojení se může plynule měnit v obou polaritách. Ke změně stavu výstupní svorky dochází, když se při změně napětí na vstupní svorce 109 zapojení překročí meze necitlivosti třípolohového koncového stupně. Necitlivost se určí pro kladnou polaritu výstupního napětí poměrem prvního vstupního odporu 1 a druhého zpětnovazebního odporu 12. Necitlivost pro kladnou polaritu je přímo úměrná kladnému napájecímu napětí. Necitlivost pro zápornou polaritu výstupního napětí je přímo úměrná zápornému napájecímu napětí a poměru druhého vstupního odporu 2 a třetího zpětnovazebního odporu 13. Hystereze necitlivosti je rozdíl vstupního napětí, při kterém se změní na výstupní svorce 200 zapojení stav výstupního napětí z nulového na kladné nebo záporné a zpět. Hystereze necitlivosti zapojení závisí na kladné zpětné vazbě operačního· zesilovače 5. Výstupní napětí z výstupu 053 operačního zesilovače 5 se vydělí odporovým děličem sestaveným ze čtvrtého zpětnovazebního odporu 15 a pátého zpětnovazebního odporu 16 a přivede se na neinvertující vstup 052 operačního zesilovače 5.

Jestliže je na vstupní svorce 100 zapojení nízké záporné napětí, menší než je mez necitlivosti, přechází vstupní napětí na první vstupní odpor 1, ve kterém se změní na záporný proudový signál. Záporný proudový signál jde přes první oddělovací diodu 3 na invertující vstup 051 operačního zesilovače 5. Na výstupu 053 operačního zesilovače 5 je nulové výstupní napětí, které je rovněž na výstupní svorce 200 zapojení. Toto· nulové výstupní napětí zajišťuje kladný signál záporné zpětné vazby vytvořené usměrňovacím můstkem 14. Nulové výstupní napětí, které je na výstupní svorce 200 zapojení, je i na prvním střídavém vývodu 141 usměrňovacího můstku 14. Kladný proudový signál zpětné vazby, který přichází z kladného pólu zdroje napájecího napětí přes druhý zpětnovazební odpor 12 na záporný vývod 144' usměrňovacího můstku 14 a z jeho druhého střídavého vývodu 142 na invertující vstup 051 operačního zesilovače 5. Na invertujícím vstupu 051 operačního zesilovače 5 se sečítá záporný vstupní signál ze vstupní svorky 100 zapojení s kladným signálem záporné zpětné vazby, takže výsledný signál je nulový.

Jestliže je na vstupní svorce 100 zapojení záporné napětí větší než je mez necitlivosti a kladný proudový signál záporné zpětné vazby je menší, než je proudový signál ze vstupní svorky 100 zapojení, potom je na Invertujícím vstupu 051 operačního zesilovače 5 záporný vstupní signál. Tento signál se v operačním zesilovači 5 zesílí a na jeho výstupu 053 se původní nulové výstupní napětí skokem změní na kladné výstupní napětí. Toto kladné výstupní napětí se převádí přes odporový dělič na neinvertující vstup 052 operačního zesilovače 5 jako signál kladné zpětné vazby. Signál kladné zpětné vazby na neinvertujícím vstupu 052 operačního zesilovače 5 pomáhá udržet kladné výstupní napětí na výstupní svorce 200 zapojení. Jestliže se záporné vstupní napětí na vstupní svorce 100 zapojení snižuje směrem k nulovému vstupnímu napětí, potom začne převládat na invertujícím vstupu 051 operačního zesilovače 5 kladný signál záporné zpětné vazby z usměrňovacího můstku 14 nad záporným proudovým signálem ze vstupní svorky 100 zapojení. Jestliže kladný signál na invertujícím vstupu 051 operačního zesilovače 5 stoupne natolik, že je vyšší,· než je signál na neinvertujícím vstupu 052 operačního zesilovače 5, překročí se mez hystereze a výstupní napětí na výstupní svorce 200 napojení se změní na nulové.

Obdobně zapojení pracuje při kladném vstupním napětí na vstupní svorce 100 za250489 pojení. V tom případě přichází kladné vstupní napětí ze vstupní svorky 100 zapojení přes druhý vstupní odpor 2 a přes druhou oddělovací diodu 4 na ínvertující vstup 051 operačního zesilovače 5. Záporný signál ze záporné zpětné vazby přichází ze záporného pólu napájecího zdroje přes třetí zpětnovazební odpor 13, na kladný vývod 143 usměrňovacího můstku 14 a z jeho druhého střídavého vývodu 142 na ínvertující vstup 051 operačního zesilovače 5. Výstupní signál na výstupní svorce 200 zapojení je po překročení meze necitlivostí záporný. Omezení četnosti spínání výstupního signálu na výstupní svorce 200 zapojení se při kladném 'výstupním signálu zajišťuje omezujícím signálem. Kladným výstupním signálem se přes čtvrtou oddělovací diodu 10 nabije první kondenzátor 11. Když se změní výstupní napětí na výstupní svorce 200 zapojení z kladného na nulové napětí, otevře se přes první oddělovací otvor 9 první tranzistor 8. Omezující signál z prvního kondensátoru 11 se přivádí přes první tranzistor 8, přes třetí oddělovací diodu 7, přes první vypínač 23 a přes první zpětnovazební odpor 8 -na katodu první oddělovací diody 3.

Po-kud je na prvním kondenzátoru 11 kladné napětí, převládá kladný omezující signál nad záporným vstupním signálem ze vstupní svorky 100 zapojení. Když se první kondenzátor 11 vybije, přestane působit omezující signál. Záporné vstupní napětí na vstupní svorce 100 zapojení může opět ovlivnit změnu výstupního napětí z nulového na kladné.

Při záporné polaritě výstupního napětí pracuje zapojení obdobně. Záporným výstupním -signálem na výstupní svorce 200 zapojení se nabíjí přes pátou oddělovací diodu 18 druhý kondenzátor 19. Při změně výstupního napětí na nulové se přes druhý oddělovací -odpor 17 otevře druhý tranzistor 20. Záporný omezující signál přechází přes šestou oddělovací diodu 21, přes druhý vypínač 24, a přes šestý zpětnovazební odpor 22 na anodu druhé oddělovací diody 4. Omezení četnosti spínání je možno vyřadit z funkce vypnutím prvního vypínače 23 a druhého vypínače 24.

Vynálezu se využije při řízení a regulaci výrobních procesů, kde se používají servopoh-ony.

Claims (1)

1. Zapojení třípolohového koncového -stupně, vyznačující se tím, že vstup (100) zapojení je spojen -s prvním vývodem -druhého vstupního odporu (2) as prvním vývodem prvního vstupního odporu (lj, jehož druhý vývod je spojen s katodou první oddělovací diody (3) a přes sériovou kombinaci prvního zpětnovazebního odporu (6), prvního vypínače (23) a třetí oddělovací -diody (7j s kolektorem prvního tranzistoru (8), jehož báze je spojena s prvním vývodem prvního oddělovacího odporu (9) a emitor prvního tranzistoru (8) je spojen s prvním pólem -prvního kondenzátoru (11) a s katodou čtvrté oddělovací diody (10), jejíž anoda je spojena se druhým vývodem prvního oddělovacího odporu (9), s katodou páté oddělovací diody (18), se druhým vývodem druhého oddělovacího odporu (17), se druhým vývodem čtvrtého zpětnovazebního odporu (15), s výstupem (053) operačního zesilovače (5), s výstupem (200) zapojení, a s prvním -střídavým vývodem (141) usměrňovacího můstku (14), jehož kladný vývod (143) je spojen s prvním vývodem třetího zpětnovazebního odporu (13), jehož druhý vývod je spojen se záporným pólem napáVYNÁLEZU jecího napětí, jehož kladný pól je spojen se druhým vývodem druhého zpětnovazebního odporu (12), jehož první vývod je spojen se záporným vývodem (144) usměrňovacího můstku (14), jehož druhý střídavý vývod (142) je spojen s anodou první oddělovací diody (3), s katodou druhé oddělovací diody (4) a s invertujícím vstupem (051) operačního zesilovače (5), jehož neinvertující vstup (052) je spojen prvním vývodem čtvrtého zpětnovazebního odporu (15) a s prvním vývodem pátého zpětnovazebního odporu (16), jehož druhý vývod je spojen -s nulovým potenciálem, se kterým je též spojen druhý pól prvního kondenzátoru (11) a druhý pól druhého kondenzátoru (19), jehož první pól je spojen s anodou páté oddělovací diody (18) a s emitorem druhého tranzistoru (20), jehož báze je spojena s druhým vývodem druhého oddělovacího odporu (17) a kolektor druhého tranzistoru (20) je spojen přes sériovou kombinaci šesté oddělovací diody (21), druhého vypínače (24) a šestého zpětnovazebního odporu (22) se druhým vývodem druhého vstupního odporu (2) a s anodou druhé oddělovací diody (4).