PL149243B1 - Termiczno-prądowy układ progowy - Google Patents

Description

OPIS PATENTOWY 149 243

POLSKA

RZECZPOSPOLITA

LUDOWA

Patent dodatkowy do patentu rn---Zgłoszono: 85 05 08

Int. Cl.⁴ G01K 7/00 (P. 253278) ^{H02H 5/04}

Pierwszzństwo--URZĄD

PATENTOWY

PRL

Zgłoszenie ogłoszono: 86 11 18

Opis patentowy opublikowano: 1990 06 30

Twórca wynalazku: Czesław Osiński

Uprawniony z patentu: Instytut Komputerowych Systemów Automatyki i Pomiarów, Wrocław (Polska)

Termiczno-prądowy układ progowy

Przedmiotem wynalazku jest termiczno-prądowy układ progowy, przeznaczony do stosowania w urządzeniach automatyki analogowej, jak również w różnych systemach kontroli i zabezpieczeń jako samodzielne urządzenie sygnalizujące odchylenie prądu lub temperatury od zadanego poziomu. Wynalazek ponadto może znaleźć szerokie zastosowanie jako urządzenie kontrolnopomiarowe temperatury łożysk, zwłaszcza w maszynach papierniczych.

Znane są układ progowe, w których komparator lub wzmacniacz różnicowy porównują sygnał kontrolowany z napięciem odniesienia pobieranym za pośrednictwem dzielnika rezystancyjnego lub bezpośrednio z zacisków diody referencyjnej i wytwarzają na wyjściu odpowiedni dla danego zastosowania prądowy lub napięciowy sygnał dyspozycyjny.

Najprostszym rozwiązaniem, jednak w obszarze zastosowań ograniczonym dopuszczalnymi błędami jest zastosowanie pracującego w układzie OE pojedynczego tranzystora bipolarnego, który na wejściu sumuje porównywane sygnały napięciowe z przeciwnymi fazami.

Bardziej złożoną konstrukcję stanowi szeroko stosowany przerzutnik Schmitta.

Cechą wspólną znanych układów progowych kontrolujących prąd, dla których wymaga się dobrej stabilności temperaturowej i czasowej jest konieczność stosowania komparatora lub wzmacniacza operacyjnego oraz źródła napięcia odniesienia wyznaczającego poziom komparacji. Z powyższą konstrukcją wiąże się potrzeba zapewnienia dwóch, o przeciwnych znakach napięć zasilających, mających wspólny zacisk odniesienia.

W innych znanych układach progowych sygnalizujących przekroczenie przez kontrolowaną temperaturę zadanego poziomu, stosuje się czujniki termometryczne w rodzaju termorezystorów i termoelementów, zaś w układach niższej klasy termistory, diody prostownicze i pojedyncze tranzystory bipolarne.

Celem wynalazku jest konstrukcja uniwersalnego układu progowego czułego w zależności od zastosowania na zmiany temperatury lub prądu, który to układ może być traktowany jako czwórnik ze wspólnym dla wejścia i wyjścia zaciskiem odniesienia.

149 243

Cel ten rozwiązuje termiczno-prądowy układ progowy według wynalazku, zawierający na wejściu element rezystancyjny, połączony z tranzystorem wykonawczym i z monolitycznym układem, zaopatrzonym w bipolarne tranzystory, przy czym układ progowy charakteryzuje się tym, że trzy bipolarne tranzystory są połączone kaskadowo w taki sposób, że baza następnego tranzystora jest połączona z kolektorem poprzedniego tranzystora, a ich emitery są zwarte w pierwszym węźle z jedną końcówką programującego rezystora, którego druga końcówka w drugim węźle jest połączona z trzema rezystorami, z których pierwszy rezystor ma drugę końcówkę połączoną z bazą pierwszego tranzystora, zaś następne dwa rezystory mają drugie końcówki połączone z kolektorami drugiego i trzeciego tranzystora, natomiast pomiędzy bazę i kolektor pierwszego tranzystora jest włączony czwarty rezystor, a pomiędzy bazę i kolektor trzeciego tranzystora jest włączony kondensator.

Termiczno-prądowy układ progowy według wynalazku cechuje bardzo mały pobór mocy oraz tranzystorowo-rezystorowa konstrukcja, dzięki czemu może być on wykonywany w postaci struktury monolitycznej lub małogabarytowej hybrydy. Może być zasilany kontrolowanym lub ustalonym prądem wymuszanym przez lokalne lub oddalone źródło. Wyjściowy sygnał dyspozycyjny jest pobierany względem zacisku odniesienia wspólnego dla wejścia i wyjścia, przy czym dzięki małej rezystancji wejściowej układ jest odporny na zakłócenia przemysłowe.

Istotną zaletą rozwiązania jest stosunkowo mały - poniżej 1,5 V - z programowanym współczynnikiem termicznym, w tym również bliski zeru spadek napięcia na wejściu, dzięki czemu układ może być wykorzystywany jako niskowoltowe źródło napięcia odniesienia.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy układu progowego kontrolującego prąd I, zaś fig. 2 — schemat ideowy układu sygnalizującego przekroczenie przez temperaturę otoczenia poziomu wyznaczonego nastawą potencjometru.

Termiczno-prądowy układ progowy zawiera układ monolityczny, zaopatrzony w trzy bipolarne tranzystory Tl, T2 i T3 połączone kaskadowo w ten sposób, że baza następnego jest połączona z kolektorem poprzedniego, przy czym emitery tych tranzystorów są zwarte w węźle B. Do węzła A są dołączone pierwsze końcówki trzech rezystorów Rl, R2 i R3, z których pierwszy rezystor ma drugą końcówkę połączoną z bazą tranzystora Tl, zaś drugi R2 i trzeci rezystor R3 mają drugie końcówki połączone z kolektorami tranzystorów T2 i T3.

Pomiędzy kolektor i bazę tranzystora Tl jest włączony rezystor R4, zaś pomiędzy bazę i kolektor tranzystora 33 jest włączony kondensator Cl. Do kolektora tranzystora T3 jest poprzez (fig. 2) dołączona baza wykonawczego tranzystora T4.

Przez wejście układu (fig. 1), zabocznikowane programującym rezystorem RO, wyznaczone węzłami A i B przepływa kontrolowany lub ustalony prąd I, zaś wejście układu (fig. 2) obciąża, zasilany stabilizowanym napięciem Ur, dzielnik 1 umożliwiający płynną nastawę poziomu sygnalizacji dla temperatury otoczenia T.

Ze schematu ideowego układu (fig. 1) wynika, że przy założeniu bliskich zeru prądów baz tranzystorów Tl i T2 zachodzi równość:

Ube2 + R4 Ii — Ubei

Jednocześnie dzięki temu, że tranzystory Tl i T2 wchodzą w skład układu monolitycznego, różnica Ubei - Ube2 jest równa:

J-Llnll q I2 gdzie k jest stałą Boltzmana, zaś q ładunkiem elektronu.

149 243

Układ dąży do utrzymania pomiędzy zaciskami?A i B napięcia:

Uo =

Rl

R4 —In2l_+U_BE1 q I2 poprzez sterowanie wykonawczym tranzystorem T4, który w przypadku różnicy:

j _ Uo _ Uo - UbE 1 _ U_o - U_BE3 Uo - UbE4 >0

RO Rl R2 R3 przewodzi odpowiednią dla stanu równowagi układu część prądu I.

Zakładając Ubei = Ube3 otrzymuje się:

Rl R2

Uo — 0,08614 ln — Ubei

R4 Rl

Dzięki temu, że spadek napięcia, na przykład Ubei, na złączu baza - emiter tranzystora bipolarnego jest prawie liniową funkcją temperatury o nachyleniu

- 2,2[mV] uzyskuje się możliwość łatwego - przez zmianę relacji wartości rezystorów Rl, R2, R4 - programowania wpływu temperatury otoczenia na wartość Uo.

Jeżeli wartości wymienionych rezystorów Rl, R2, R3 będą znacznie większe od RO, to jako sygnalizowany przewodzeniem tranzystora T4 poziom prądu I można przyjąć iloraz Uo : Ro, zaś zakładając I = const. można dobrać wartość rezystorów Rl, R2, R4 tak, aby przewodzenie tranzystora T4 następowało przy założonym poziomie temperatury T.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Termiczno-prądowy układ progowy zawierający na wejściu element rezystancyjny połączony z tranzystorem wykonawczym i z monolitycznym układem zaopatrzonym w bipolarne tranzystory, znamienny tym, że bipolarne tranzystory (Tl, T2 i T3) są połączone kaskadowo tak, że baza następnego tranzystora jest połączona z kolektorem poprzedniego tranzystora, a ich emitery są zwarte w węźle (B) z jedną końcówką programującego rezystora (RO), którego druga końcówka w węźle (A) jest połączona z trzema rezystorami (Rl, R2 i R3), których rezystor (Rl) ma drugą końcówkę połączoną z bazę tranzystora (Tl), zaś następne dwa rezystory mają drugie końcówki połączone z kolektorami tranzystorów (T2 i T3), natomiast pomiędzy bazę i kolektor tranzystora (Tl) jest włączony rezystor (R4), a pomiędzy bazę i kolektor tranzystora (T3) jest włączony kondensator (Cl).

   I

   Fig.1

   Fig. 2

   Pracownia Poligraficzna UP RP. Nakład 100 egz.

   Cena 1500 zł