PL233245B1

PL233245B1 - Układ formowania/kształtowania sygnału prądowego nadajnika lokalizatora obiektów przewodzących prąd elektryczny

Info

Publication number: PL233245B1
Application number: PL423565A
Authority: PL
Inventors: Rafał Mróz; Krzysztof Kowalski; Andrzej Piernikarczyk; Tomasz Prokopiak
Original assignee: Sonel Spolka Akcyjna; Sonel Spólka Akcyjna
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2019-09-30
Also published as: PL423565A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ formowania/kształtowania sygnału prądowego nadajnika lokalizatora obiektów przewodzących prąd elektryczny, w szczególności instalacji elektrycznych, gazowych oraz wodociągowych i światłowodowych z oplotem przewodzącym w budynkach, pomieszczeniach mieszkalnych, obiektach przemysłowych oraz tych, które są umieszczone w ziemi.

Urządzenie do śledzenia i identyfikowania przewodów przenoszących prąd elektryczny, znane z opisu patentowego USA nr US4775832, ma nadajnik, który jest podłączony za pomocą wtyczki ze śledzonym i zidentyfikowanym przewodem elektrycznym. Nadajnik zabezpieczony jest parą bezpieczników przed wysokimi stanami, a warystor chroni prostownik przed przepięciami. Prostownik prostuje sygnał prądu zmiennego obecny na wtyczce do postaci prostokątnej z pełną falą, a sygnał prostokątny jest kierowany na pierwszy tranzystor i związane z nim rezystor, diodę Zenera i kondensator są połączone z przewodem w konwencjonalny sposób, które są zasilane regulowanym prądem stałym niskonapięciowym w celu pobudzenia cyfrowych i innych elementów obwodu nadajnika, które wymagają tak niskiego napięcia zasilania. Drugi tranzystor przełączania mocy operacyjnej kieruje prąd z przewodu przez obwód prądu stałego i diodę LED, ponadto drugi tranzystor jest uruchamiany i wyłączany przez wyzwalanie impulsów występujących ze wcześniej ustaloną wysoką częstotliwością sygnału prostokątnego. Gdy drugi tranzystor jest włączony, obwód prądu stałego kieruje prąd stały przewodnikiem przez drugi tranzystor do masy. Gdy dioda LED emituje światło, użytkownik wie, że nadajnik działa. Prąd stały prowadzony przez obwód prądu stałego i drugi tranzystor tworzy sygnał śledzenia, który jest prowadzony przewodem do nadajnika. Podobne urządzenie do śledzenia i identyfikowania przewodów przewodzących prąd elektryczny pod napięciem elektrycznym znane z opisu patentowego USA nr US4804907.

Bipolarne źródło prądowe z eliminacją wpływu efektu Early'ego znane z polskiego opisu patentowego nr PL214903, posiada tranzystor bipolarny, którego baza tranzystora jest połączona z wyjściem wzmacniacza operacyjnego, natomiast kolektor tranzystora jest połączony z pierwszym zaciskiem rezystora i wejściem odwracającym wzmacniacza pomiarowego. Drugi zacisk rezystora jest połączony z wejściem nieodwracającym wzmacniacza pomiarowego i wyjściem wzmacniacza mocy. Wyjście wzmacniacza pomiarowego jest połączone z pierwszym wejściem analogowego układu sumującego, źródło napięcia wzorcowego jest połączone z drugim wejściem analogowego układu sumującego i wejściem nieodwracającym wzmacniacza operacyjnego, źródło napięcia referencyjnego jest połączone z trzecim wejściem analogowego układu sumującego oraz wyjście czwarte analogowego układu sumującego jest połączone z wejściem wzmacniacza mocy, którego wyjście jest połączone z drugim zaciskiem rezystora. Pozostałe zaciski źródeł napięć referencyjnych są połączone z masą.

Układ sterowanego bipolarnego źródła prądowego znane z polskiego opisu patentowego nr PL220502, ma pierwszy zacisk pierwszego źródła napięcia referencyjnego połączony z wejściem nieodwracającym pierwszego wzmacniacza operacyjnego, którego wejście odwracające jest połączone z pierwszym zaciskiem rezystora referencyjnego i emiterem tranzystora bipolarnego, zaś baza tranzystora bipolarnego jest połączona z wyjściem pierwszego wzmacniacza operacyjnego, natomiast kolektor tranzystora bipolarnego jest połączony z pierwszym zaciskiem rezystora obciążenia, drugi zacisk pierwszego źródła napięcia referencyjnego jest połączony z drugim zaciskiem rezystora referencyjnego i drugim zaciskiem drugiego źródła napięcia referencyjnego, zaś pierwszy zacisk źródła napięcia drugiego referencyjnego jest połączony z wejściem nieodwracającym drugiego wzmacniacza operacyjnego. Baza tranzystora bipolarnego jest połączona z wejściem odwracającym wzmacniacza pomiarowego, kolektor tranzystora bipolarnego jest połączony z wejściem nieodwracającym wzmacniacza pomiarowego, zaś wyjście wzmacniacza pomiarowego jest połączone z wejściem odwracającym drugiego wzmacniacza operacyjnego, natomiast wyjście drugiego wzmacniacza operacyjnego jest połączone z drugim zaciskiem rezystora obciążenia. Pierwszy wzmacniacz operacyjny porównuje napięcie referencyjne pierwsze ze spadkiem potencjału na rezystorze referencyjnym i wzmocnionym napięciowym sygnałem błędu steruje bazę tranzystora bipolarnego w celu zapewnienia stałej wartości natężenia prądu emitera, natomiast drugi wzmacniacz operacyjny w obwodzie ujemnego sprzężenia zwrotnego zapewnia stałą wartość napięcia kolektor-baza równą drugiemu napięciu referencyjnemu, dzięki czemu nie występuje modulacja efektywnej szerokości bazy tranzystora bipolarnego.

Istota układu według wynalazku, polega na tym, że wejście sterujące amplitudą sygnału napięciowego połączone jest z wejściem nieodwracającym różnicowego wzmacniacza operacyjnego połą

PL 233 245 B1 czonego z zaciskiem zasilacza, którego wyjście połączone jest poprzez piąty rezystor z bramką pierwszego tranzystora wysokonapięciowego wyposażonego w radiator. Pomiędzy piąty rezystor i bramkę pierwszego tranzystora wysokonapięciowego włączony jest drugi kondensator, którego drugi zacisk połączony jest z masą układu. Wejście odwracające różnicowego wzmacniacza operacyjnego połączone jest z układem próbkującym połączonym z wejściem sterującym kształtem sygnału napięciowego, z którym połączony jest konwerter napięcia podłączony z zaciskiem zasilacza. Konwerter napięcia połączony jest z bramką drugiego tranzystora wysokoprądowego, natomiast wyjście układu próbkującego włączone jest pomiędzy pierwszy rezystor wysokoprądowy połączony z masą układu i drugi tranzystor wysokoprądowy połączony szeregowo przez pierwszy tranzystor wysokonapięciowy i piątą szybką diodę wysokonapięciową z zaciskiem zasilacza, ponadto pomiędzy pierwszy rezystor wysokoprądowy i masę układu a pierwszy tranzystor wysokonapięciowy i piątą diodę zabezpieczającą włączone jest wejście układu mostkowego czterech szybkich diod wysokonapięciowych, którego wyjście jest wyjściem prądowym układu.

Korzystnie układ próbkujący wyposażony jest w scalony klucz analogowy, którego wejście połączone jest z wejściem sterującym kształtem sygnału napięciowego, ponadto wejście scalonego klucza analogowego połączone jest z wejściem odwracającym różnicowego wzmacniacza operacyjnego, przy czym pomiędzy scalony klucz analogowy i wejście odwracające różnicowego wzmacniacza operacyjnego włączony jest siódmy kondensator połączony drugim zaciskiem z masą układu, zaś wejście analogowe scalonego klucza analogowego poprzez drugi rezystor włączone jest pomiędzy pierwszy rezystor wysokoprądowy i drugi tranzystor wysokoprądowy.

Korzystnie układ próbkujący wyposażony jest w scalony klucz analogowy, którego wejście sterujące, cyfrowe połączone jest poprzez ósmy rezystor połączony równolegle z niskonapięciową diodą przełączającą, z wejściem sterującym kształtem sygnału napięciowego, ponadto wejście sterujące, cyfrowe klucza analogowego połączone jest poprzez piąty kondensator z masą układu, ponadto wyjście analogowe scalonego klucza analogowego połączone jest z wejściem odwracającym różnicowego wzmacniacza operacyjnego, przy czym pomiędzy scalony klucz analogowy i wejście odwracające różnicowego wzmacniacza operacyjnego włączony jest siódmy kondensator drugim zaciskiem połączony z masą układu, zaś wejście analogowe scalonego klucza analogowego poprzez drugi rezystor włączone jest pomiędzy pierwszy rezystor wysokoprądowy i drugi tranzystor wysokoprądowy, ponadto wejście zasilania scalonego klucza analogowego połączone jest z masą układu i dalej poprzez trzeci kondensator, siódmy rezystor i siódmy kondensator z masą układu, a pomiędzy trzeci kondensator i siódmy rezystor włączone jest wejście zasilania scalonego klucza analogowego i jednocześnie pomiędzy trzeci kondensator i siódmy rezystor włączony jest zacisk zasilacza.

Korzystnie wejście konwertera napięcia podłączone z jednej strony z wejściem sterującym kształtem sygnału napięciowego z drugiej strony połączone jest z bramką szóstego tranzystora, który połączony jest z masą układu oraz poprzez trzynasty rezystor i dwunasty rezystor z zaciskiem zasilacza, przy czym pomiędzy bramkę szóstego tranzystora i wejście sterujące kształtem sygnału napięciowego włączony jest czternasty rezystor połączony drugim zaciskiem z masą układu, natomiast pomiędzy trzynasty rezystor i dwunasty rezystor włączona jest bramka piątego tranzystora, który połączony jest zaciskiem zasilacza i jednoczenie poprzez jedenasty rezystor z masą układu, przy czym pomiędzy piąty tranzystor i jedenasty rezystor włączone są bazy połączonych szeregowo dwóch tranzystorów trzeciego i czwartego, przy czym tranzystory trzeci i czwarty połączone są szeregowo i włączone pomiędzy zacisk zasilacza i masę układu, ponadto pomiędzy tranzystory trzeci i czwarty włączony jest dziesiąty rezystor połączony drugim zaciskiem z bramką drugiego tranzystora wysokoprądowego, natomiast zacisk zasilacza połączony jest poprzez ósmy kondensator z masą układu.

Korzystnie różnicowy wzmacniacz operacyjny podłączony jest z zaciskiem zasilacza poprzez szósty rezystor, przy czym pomiędzy różnicowy wzmacniacz operacyjny i szósty rezystor włączony jest czwarty kondensator drugim zaciskiem połączony z masą układu.

Korzystnie wejście sterujące amplitudą sygnału napięciowego połączone jest poprzez dziewiąty rezystor z wejściem nieodwracającym różnicowego wzmacniacza, przy czym pomiędzy wejściem nieodwracającym różnicowego wzmacniacza i dziewiąty rezystor włączony jest szósty kondensator połączony drugim zaciskiem z masą układu.

Korzystnie pomiędzy piątą szybką diodą wysokonapięciową i masą układu równolegle do szeregowo połączonych pierwszego tranzystora wysokonapięciowego, drugiego tranzystora wysokoprądowego i pierwszego rezystora wysokoprądowego, włączone są połączone szeregowo trzy diody zabezpieczające pierwsza, druga i trzecia.

PL 233 245 B1

Korzystnie pomiędzy pierwszy tranzystor wysokonapięciowy i drugi tranzystor wysokoprądowy a masę układu jest włączona czwarta dioda zabezpieczająca.

Korzystnie pomiędzy drugi tranzystor wysokoprądowy i pierwszy rezystor wysokoprądowy a bramkę drugiego tranzystora wysokoprądowego jest włączony trzeci rezystor.

Korzystnie pomiędzy piątą szybką diodę wysokonapięciową i zacisk zasilacza jest włączony czwarty rezystor, przy czym pomiędzy piątą szybką diodę wysokonapięciową i czwarty rezystor, jest włączony pierwszy kondensator drugim zaciskiem połączony z masą układu.

Układ formowania/kształtowania sygnału prądowego nadajnika lokalizatora obiektów przewodzących prąd elektryczny jest układem samoregulującym się, który charakteryzuje się dużą odpornością na gwałtowne zmiany napięcia elektrycznego przy jednoczesnej pełnej regulacji prądu dla napięć rzędu pojedynczych woltów. Swoje właściwości zawdzięcza zastosowanemu podwójnemu sprzężeniu zwrotnemu.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniony jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uproszczony schemat układu formowania/kształtowania sygnału prądowego, fig. 2 - schemat ideowy układu formowania/kształtowania sygnału prądowego, fig. 3 - przebiegi w charakterystycznych punktach przy starcie urządzenia, a fig. 4 - przebiegi w charakterystycznych punktach przy gwałtownym podłączeniu do źródła napięcia AC.

P r z y k ł a d 1

Układ formowania/kształtowania sygnału prądowego nadajnika lokalizatora obiektów przewodzących prąd elektryczny ma wejście sterujące amplitudą sygnału prądowego WESA połączone jest z wejściem nieodwracającym różnicowego wzmacniacza operacyjnego WO połączonego z zaciskiem zasilacza ZA drugiego napięcia zasilania układu 12V, którego wyjście połączone jest poprzez piąty rezystor R5 z bramką pierwszego tranzystora wysokonapięciowego T1 wyposażonego w radiator RA. Pomiędzy piąty rezystor R5 i bramkę pierwszego tranzystora wysokonapięciowego T1 włączony jest drugi kondensator C2, którego drugi zacisk połączony jest z masą układu M. Wejście odwracające różnicowego wzmacniacza operacyjnego WO połączone jest z układem próbkującym UP połączonym z wejściem sterującym kształtem sygnału prądowego WESK, z którym połączony jest konwerter napięcia KU połączony z zaciskiem zasilacza ZA drugiego napięcia zasilania układu 12V. Konwerter napięcia KU połączony jest z bramką drugiego tranzystora wysokoprądowego T2, natomiast wyjście układu próbkującego UP włączone jest pomiędzy pierwszy rezystor wysokoprądowy R1 połączony z masą układu M i drugi tranzystor wysokoprądowy T2 połączony szeregowo przez pierwszy tranzystor wysokonapięciowy T1 i piątą szybką diodę wysokonapięciową D5 z zaciskiem zasilacza ZA pierwszego napięcia zasilnia układu 3V3. Pomiędzy pierwszy rezystor wysokoprądowy R1 i masę układu M a pierwszy tranzystor wysokonapięciowy T1 i piątą diodę zabezpieczającą DZ5 włączone jest wejście układu mostkowego czterech szybkich diod wysokonapięciowych pierwszej D1, drugiej D2, trzeciej D3 i czwartej D4, którego wyjście jest wyjściem prądowym WY układu. Układ próbkujący UP wyposażony jest w scalony klucz analogowy KL, którego wejście połączone jest z wejściem sterującym kształtem sygnału prądowego WESK, ponadto wejście scalonego klucza analogowego KL połączone jest z wejściem odwracającym różnicowego wzmacniacza operacyjnego WO, przy czym pomiędzy scalony klucz analogowy KL i wejście odwracające różnicowego wzmacniacza operacyjnego WO włączony jest siódmy kondensator C7 połączony drugim zaciskiem z masą układu M, zaś wyjście scalonego klucza analogowego KL poprzez drugi rezystor R2 włączone jest pomiędzy pierwszy rezystor wysokoprądowy R1 i drugi tranzystor wysokoprądowy T2.

P r z y k ł a d 2

Układ formowania/kształtowania sygnału prądowego nadajnika lokalizatora obiektów przewodzących prąd elektryczny wykonany jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że układ próbkujący UP wyposażony jest w scalony klucz analogowy KL, którego wejście połączone jest poprzez ósmy rezystor R8 połączony równolegle z niskonapięciową diodą przełączającą D6, z wejściem sterującym kształtem sygnału prądowego WESK. Wejście sterujące cyfrowe klucza analogowego KL połączone jest poprzez piąty kondensator C5 z masą układu M, ponadto wyjście analogowe scalonego klucza analogowego KL połączone jest z wejściem odwracającym różnicowego wzmacniacza operacyjnego WO, przy czym pomiędzy scalony klucz analogowy KL i wejście odwracające różnicowego wzmacniacza operacyjnego WO włączony jest siódmy kondensator C7 drugim zaciskiem połączony z masą układu M, zaś wejście analogowe scalonego klucza analogowego KL poprzez drugi rezystor R2 włączone jest pomiędzy pierwszy rezystor wysokoprądowy R1 i drugi tranzystor wysokoprądowy T2. Wejście zasilania scalonego klucza analogowego KL połączone jest z masą układu M i dalej poprzez trzeci kondensator C3, siódmy

PL 233 245 B1 rezystor R7 i siódmy kondensator C7 z masą układu M, a pomiędzy trzeci kondensator C3 i siódmy rezystor R7 włączone jest wejście zasilania scalonego klucza analogowego KL i jednocześnie pomiędzy trzeci kondensator C3 i siódmy rezystor R7 włączony jest zacisk pierwszego napięcia zasilania układu 3V3 zasilacza ZA. Wejście konwertera napięcia KU podłączone z jednej strony z wejściem sterującym kształtem sygnału prądowego WESK z drugiej strony połączone jest z bramką szóstego tranzystora T6, który połączony jest z masą układu M oraz poprzez trzynasty rezystor R13 i dwunasty rezystor R12 z zaciskiem zasilacza ZA drugiego napięcia zasilania układu 12V, przy czym pomiędzy bramkę szóstego tranzystora T6 i wejście sterujące kształtem sygnału prądowego WESK włączony jest czternasty rezystor R14 połączony drugim zaciskiem z masą układu M, natomiast pomiędzy trzynasty rezystor R13 i dwunasty rezystor R12 włączona jest bramka piątego tranzystora T5, który połączony jest z zaciskiem zasilacza ZA drugiego napięcia zasilania układu 12V i jednoczenie poprzez jedenasty rezystor R11 z masą układu M, przy czym pomiędzy piąty tranzystor T5 i jedenasty rezystor R11 włączone są bazy połączonych szeregowo dwóch tranzystorów trzeciego T3 i czwartego T4. Tranzystory trzeci T3 i czwarty T4 połączone są szeregowo i włączone pomiędzy zacisk zasilacza ZA drugiego napięcia zasilania układu 12V i masę układu M, ponadto pomiędzy tranzystory trzeci T3 i czwarty T4 włączony jest dziesiąty rezystor R10 połączony drugim zaciskiem z bramką drugiego tranzystora wysokoprądowego T2, natomiast zacisk zasilacza ZA drugiego napięcia zasilania układu 12V połączony jest poprzez ósmy kondensator C8 z masą układu M. Różnicowy wzmacniacz operacyjny WO podłączony jest z zaciskiem zasilacza ZA drugiego napięcia zasilania układu 12V poprzez szósty rezystor R6, przy czym pomiędzy różnicowy wzmacniacz operacyjny WO i szósty rezystor R6 włączony jest czwarty kondensator C4 drugim zaciskiem połączony z masą układu M. Wejście sterujące amplitudą sygnału prądowego WESA połączone jest poprzez dziewiąty rezystor R9 z wejściem nieodwracającym różnicowego WO, przy czym pomiędzy wejściem nieodwracającym różnicowego WO i dziewiąty rezystor R9 włączony jest szósty kondensator połączony drugim zaciskiem z masą układu M. Pomiędzy piątą szybką diodą wysokonapięciową D5 i masą układu M równolegle do szeregowo połączonych pierwszego tranzystora wysokonapięciowego T1, drugiego tranzystora wysokoprądowego T2 i pierwszego rezystora wysokoprądowego R1, włączone są połączone szeregowo trzy diody zabezpieczające pierwsza DZ1, druga DZ2 i trzecia DZ3. Ponadto pomiędzy pierwszy tranzystor wysokonapięciowy T1 i drugi tranzystor wysokoprądowy T2 a masę układu M jest włączona czwarta dioda zabezpieczająca DZ4, a pomiędzy drugi tranzystor wysokoprądowy T2 i pierwszy rezystor wysokoprądowy R1 a bramkę drugiego tranzystora wysokoprądowego T2 jest włączony trzeci rezystor R3. Pomiędzy piątą szybką diodę wysokonapięciową D5 i zacisk zasilacza ZA pierwszego napięcia zasilnia układu 3V3 jest włączony czwarty rezystor R4, przy czym pomiędzy piątą szybką diodę wysokonapięciową D5 i czwarty rezystor R4, jest włączony pierwszy kondensator C1 drugim zaciskiem połączony z masą układu M.

W układzie są dwa sprzężenia zwrotne: natychmiastowe, bezzwłoczne, broniące układ przed zniszczeniem, zrealizowane bezpośrednio na blokowaniu się pierwszego tranzystora wysokonapięciowego T1 gdy spadek napięcia UR1 na pierwszym rezystorze wysokoprądowym R1 wzrośnie przy jednoczesnym nie zmienianiu się napięcia na bramce pierwszego tranzystora wysokonapięciowego T1. Drugie sprzężenie opóźnione, zwłoczne pilnujące amplitudy regulowanego prądu zrealizowane na układzie próbkującym UP oraz różnicowym wzmacniaczu operacyjnym WO porównującym wolnozmienny spadek napięcia UC7 na siódmym kondensatorze C7 i na wejściu sterującym amplitudą sygnału prądowego WESA.

Głównym elementem wykonawczym układu formowania/kształtowania sygnału prądowego nadajnika jest pierwszy tranzystor wysokonapięciowy T1. Tranzystor ten sterowany jest w dwojaki sposób.

Pierwszy, szybki sposób, szybkie sprzężenie zwrotne, polega na zwieraniu poprzez drugi tranzystor wysokoprądowy T2, w takt sygnału sterującego pochodzącego z wejścia sterującego kształtem sygnału prądowego WESK, źródła pierwszego tranzystora wysokonapięciowego T1 do pierwszego rezystora wysokoprądowego R1 zapewniając przepływ prądu o wartości zależnej od napięcia UGT1 na bramce pierwszego tranzystora wysokonapięciowego T1 oraz od stałej wartości pierwszego rezystora wysokoprądowego R1.

Drugi, wolny sposób, wolne sprzężenie zwrotne, przy sterowaniu pierwszego tranzystora wysokonapięciowego T1 polega na próbkowaniu spadku napięcia UR1 na pierwszym rezystorze wysokoprądowym R1, w takt sygnału sterującego pochodzącego z wejścia sterującego kształtem sygnału prądowego WESK, i zapamiętanie go na układzie całkującym zbudowanym na drugim rezystorze R2 i siódmym kondensatorze C7. Napięcie to jest porównywane z napięciem z wejścia sterującego amplitudą

PL 233 245 B1 sygnału prądowego WESA za pomocą różnicowego wzmacniacza operacyjnego WO. Wyjście różnicowego wzmacniacza operacyjnego ładuje lub rozładowuje układ całkujący zbudowany z piątego rezystora R5 i drugiego kondensatora C2 wpływając na napięcie UGT1 na bramce pierwszego tranzystora wysokonapięciowego T1, czyli pośrednio na prąd płynący przez pierwszy tranzystor wysokonapięciowy T1. Dzięki powyższemu rozwiązaniu oraz zastosowaniu dławika L1 ograniczającego nagły wzrost prądu na wyjściu prądowym WY opisywany układ formowania/kształtowania sygnału prądowego jest odporny na gwałtowne podłączenie wyjścia prądowego WY do wysokiego napięcia rzędu 700VDC. Jednocześnie opisywany układ formowania/kształtowania sygnału prądowego zapewnienia wymuszanie zadawanego prądu, o amplitudzie rzędu 100 mA, przy bardzo małych napięciach panujących na wyjściu prądowym WY, rzędu 2,5 VDC, zależnych od użytej wartości pierwszego rezystora R1 oraz spadków napięcia na dwóch z czterech diod wysokonapięciowych D1, D4 lub D2, D3. Na Fig. 3 pokazane zostały przebiegi stanu początkowego układu formowania/kształtowania sygnału prądowego po włączeniu jego zasilania przy założeniu, że układ jest cały czas podłączony do sieci energetycznej niskiego napięcia 230VAC 50Hz. Należy zwrócić uwagę że w czasie rozpoczęcia nadawania paczki sygnału prądowego t3 przebieg napięcia na wejściu sterującym kształtem sygnału prądowego WESK, jest odwrócony w fazie w porównaniu do czasów rozpoczęcia nadawania paczki sygnału prądowego t1 oraz t5. Takie odwracanie fazy sygnału sterującego na wejściu sterującym kształtem sygnału prądowego WESK jest wymagane ze względu na kierunek wymuszanego prądu na wyjściu prądowym WY. W zależności od tego czy napięcie na wyjściu prądowym WY jest dodatnie czy ujemne zmienia się kierunek płynięcia prądu wyjściowego IWY, aby zachować fazę paczki sygnału prądowego należy kontrolować fazę napięcia na wyjściu prądowym UWY i uwzględniać ją przy generowaniu sygnału prądowego WESK. Dopóki napięcie UGT1 na bramce pierwszego tranzystora wysokonapięciowego T1 nie wzrośnie do odpowiedniej wartości pomimo załączania drugiego tranzystora wysokoprądowego T2 sygnałem z wejścia sterującego kształtem sygnału prądowego WESK do póty prąd wyjściowy IWY nie będzie płynął. W czasie t1 rozpoczęcia narostu prądu na wyjściu prądowym IWY do wartości proporcjonalnej do zadawanego napięcia na wejściu sterującym amplitudą WESA, napięcie UGT1 na bramce pierwszego tranzystora wysokonapięciowego T1 jest już wystarczające do załączenia pierwszego tranzystora wysokonapięciowego T1, gdy źródło tego tranzystora zostanie zwarte za pomocą drugiego tranzystora wysokoprądowego T2 do pierwszego rezystora R1. Wtedy napięcie na siódmym kondensatorze C7 układu próbkującego UP gwałtownie wzrasta, jest wprost proporcjonalne do prądu przepływającego przez pierwszy rezystor wysokoprądowy R1. Różnicowy wzmacniacz operacyjny WO porównuje to napięcie z napięciem z wejścia sterującego amplitudą sygnału prądowego WESA i jeżeli napięcie na siódmym kondensatorze C7 zaczyna zbliżać się do napięcia z wejścia sterującego amplitudą sygnału prądowego WESA, różnicowy wzmacniacz operacyjny WO przestaje doładowywać drugi kondensator C2, czyli napięcie na bramce pierwszego tranzystora wysokonapięciowego T1 przestaje wzrastać ograniczając amplitudę sygnału prądowego do odpowiedniej, zadanej wartości. Na Fig. 4 pokazane zostały przebiegi gwałtownych zmian napięcia na wyjściu prądowym UWY układu formowania/kształtowania sygnału prądowego. Podobnie do przebiegów pokazanych na Fig. 3 czasy rozpoczęcia nadawania paczki sygnału prądowego t1, t3 oraz t5 mają odpowiednie fazy do polaryzacji przebiegu na wyjściu prądowym UWY. W czasach t9 i t11, występuje gwałtowny narost napięcia, z tym że w czasie t9 układ formowania/kształtowania sygnału prądowego przepuszcza/reguluje prąd a w czasie t11 prąd nie płynie. W czasie t10 występuje nagły zanik napięcia na wyjściu prądowym WY. Przy wszystkich gwałtownych narostach i zanikach napięcia na wyjściu prądowym WY powstają przetężenia spowodowane ograniczoną szybkością zadziałania szybkiego sprzężenia zwrotnego opisanego powyżej oraz pojemnościami pasożytniczymi zastosowanych elementów. Dodatkowe obwody to układ próbkujący UP, konwerter napięcia KU, elementy przeciwprzepięciowe oraz układ podtrzymujący płynięcie prądu w obwodzie pierwszego tranzystora wysokonapięciowego T1. Układ próbkujący UP zbudowany jest na scalonym kluczu analogowym KL. Klucz ten podłącza siódmy kondensator C7 do drugiego rezystora R2 czyli pośrednio do pierwszego rezystora wysokoprądowego R1 w takt sygnału z wejścia sterującego kształtem sygnału prądowego WESK zapamiętując tym samym w postaci napięcia na siódmym kondensatorze C7 poziom prądu wyjściowego IWY. Konwerter napięć zasilany z wyższego napięcia zamienia niższe napięcie z wejścia sterującego kształtem sygnału prądowego WESK, które pochodzi z systemu procesorowego na wyższe napięcie potrzebne do pełnego wysterowania drugiego tranzystora wysokoprądowego T2. Elementy przeciwprzepięciowe czyli diody zabezpieczające pierwsza DZ1, druga DZ2, trzecia DZ3, czwarta DZ4 i piąta DZ5, ograniczają przepięcia, które powstają przy gwałtownych zmianach napięcia na wyjściu prądowym UWY. Elementem, które dodatkowo zawyża napięcia przy gwałtownych zmianach prądu jest dławik L1

PL 233 245 B1 ograniczający narost prądu wyjściowego IWY. Diodami zabezpieczającymi w rzeczywistym układzie są transile.

Zadaniem układu podtrzymującego płynięcie prądu w obwodzie pierwszego tranzystora wysokonapięciowego T1 jest zabezpieczenie układu formowania/kształtowania sygnału prądowego przed sytuacją gdy układ ten zostanie odłączony wyjściem prądowym WY od źródła napięcia. Dzięki temu bez przerwy funkcjonuje stabilizacja prądowa i cały układ formowania/kształtowania sygnału prądowego jest w stanie czuwania i przez co jest gotowy do natychmiastowego przepuszczania prądu przez obwód pierwszego tranzystora wysokonapięciowego T1, drugiego tranzystora wysokoprądowego T2 i pierwszego rezystora wysokoprądowego R1 z wyjścia prądowego WY.

Wykaz oznaczeń na rysunku:
D1 -	pierwsza szybka dioda wysokonapięciowa,
D2 -	druga szybka dioda wysokonapięciowa,
D3 -	trzecia szybka dioda wysokonapięciowa,
D4 -	czwarta szybka dioda wysokonapięciowa,
D5 -	piąta szybka dioda wysokonapięciowa,
D6 -	niskonapięciowa dioda przełączająca,
DZ1 -	pierwsza dioda zabezpieczająca,
DZ2 -	druga dioda zabezpieczająca,
DZ3 -	trzecia dioda zabezpieczająca,
DZ4 -	czwarta dioda zabezpieczająca,
DZ5 -	piąta dioda zabezpieczająca,
C1 -	pierwszy kondensator,
C2 -	drugi kondensator,
C3 -	trzeci kondensator,
C4 -	czwarty kondensator,
C5 -	piąty kondensator,
C6 -	szósty kondensator,
C7 -	siódmy kondensator,
KL -	scalony klucz analogowy,
KU -	konwerter napięcia,
L1 -	dławik,
M -	masa układu,
R1 -	pierwszy rezystor wysokoprądowy,
R2 -	drugi rezystor,
R3 -	trzeci rezystor,
R4 -	czwarty rezystor,
R5 -	piąty rezystor,
R6 -	szósty rezystor,
R7 -	siódmy rezystor,
R8 -	ósmy rezystor,
R9 -	dziewiąty rezystor,
R10 -	dziesiąty rezystor,
R11 -	jedenasty rezystor,
R12 -	dwunasty rezystor,
R13 -	trzynasty rezystor,
R14 -	czternasty rezystor,
RA -	radiator,
T1 -	pierwszy tranzystor wysokonapięciowy,
T2 -	drugi tranzystor wysokoprądowy,
T3 -	trzeci tranzystor,
T4 -	czwarty tranzystor,
T5 -	piąty tranzystor,
T6 -	szósty tranzystor,
UP -	układ próbkujący,
WO -	różnicowy wzmacniacz operacyjny,

PL 233 245 B1

WY - wyjście prądowe,

WESA - wejście sterujące amplitudą sygnału prądowego,

WESK- wejście sterujące kształtem sygnału prądowego,

ZA - zasilacz,

3V3 - pierwsze napięcie zasilnia układu,

12V - drugie napięcie zasilania układu,

UWY- napięcie wyjściowe, na wyjściu prądowym WY,

IWY - prąd wyjściowy, na wyjściu prądowym WY,

UR1 - spadek napięcia na pierwszym rezystorze wysokoprądowym R1,

UC7 - spadek napięcia na siódmym kondensatorze C7,

UGT1- napięcie na bramce pierwszego tranzystora wysokonapięciowego T1, t1, t3, t5 - czas rozpoczęcia nadawania paczki sygnału prądowego o fazie początkowej zależnej od polaryzacji wyjścia prądowego WY, t2, t4, t6 - czas zakończenia nadawania paczki sygnału prądowego, τ - czas potrzebny na naładowanie drugiego kondensatora C2 i na odblokowanie źródła prądowego,

T7 - czas rozpoczęcia narostu prądu na wyjściu prądowym IWY do wartości proporcjonalnej do zadawanego napięcia na wejściu sterującym amplitudą WESA, t8 - czas ustabilizowania się układu, t9 - czas nagłego wzrostu napięcia wyjściowego UWY, t10 - czas nagłego spadku napięcia wyjściowego UWY, t11 - czas nagłego wzrostu napięcia wyjściowego UWY.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ formowania/kształtowania sygnału prądowego nadajnika lokalizatora obiektów przewodzących prąd elektryczny, znamienny tym, że wejście sterujące amplitudą sygnału prądowego (WESA) połączone jest z wejściem nieodwracającym różnicowego wzmacniacza operacyjnego (WO) połączonego z zaciskiem zasilacza (ZA), którego wyjście połączone jest poprzez piąty rezystor (R5) z bramką pierwszego tranzystora wysokonapięciowego (T1) wyposażonego w radiator (RA), jednocześnie pomiędzy piąty rezystor (R5) i bramkę pierwsze go tranzystora wysokonapięciowego (T1) włączony jest drugi kondensator (C2), którego drugi zacisk połączony jest z masą układu (M), zaś wejście odwiercające różnicowego wzmacniacza operacyjnego (WO) połączone jest z układem próbkującym (UP) połączonym z wejściem sterującym kształtem sygnału prądowego (WESK), z którym połączony jest konwerter napięcia (KU) połączony z zaciskiem zasilacza (ZA), przy czym konwerter napięcia (KU) połączony jest z bramką drugiego tranzystora wysokoprądowego (T2), natomiast wyjście układu próbkującego (UP) włączone jest pomiędzy pierwszy rezystor wysokoprądowy (R1) połączony z masą układu (M) i drugi tranzystor wysokoprądowy (T2) połączony szeregowo przez pierwszy tranzystor wysokonapięciowy (T1) i piątą szybką diodę wysokonapięciową (D5) z zaciskiem zasilacza (ZA), ponadto pomiędzy pierwszy rezystor wysokoprądowy (R1) i masę układu (M) a pierwszy tranzystor wysokonapięciowy (T1) i piątą diodę zabezpieczającą (DZ5) włączone jest wejście układu mostkowego czterech szybkich diod wysokonapięciowych (D1, D2, D3, D4), którego wyjście jest wyjściem prądowym (WY) układu.
2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że układ próbkujący (UP) wyposażony jest w scalony klucz analogowy (KL), którego wejście sterujące, cyfrowe połączone jest z wejściem sterującym kształtem sygnału prądowego (WESK), ponadto wyjście analogowe scalonego klucza analogowego (KL) połączone jest z wejściem odwracającym różnicowego wzmacniacza operacyjnego (WO), przy czym pomiędzy scalony klucz analogowy (KL) i wejście odwracające różnicowego wzmacniacza operacyjnego (WO) włączony jest siódmy kondensator (C7) połączony drugim zaciskiem z masą układu (M), zaś wejście analogowe scalonego klucza analogowego (KL) poprzez drugi rezystor (R2) włączone jest pomiędzy pierwszy rezys tor wysokoprądowy (R1) i drugi tranzystor wysokoprądowy (T2).

PL 233 245 B1
3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że układ próbkujący (UP) wyposażony jest w scalony klucz analogowy (KL), którego wejście sterujące, cyfrowe połączone jest poprzez ósmy rezystor (R8) połączony równolegle z niskonapięciową diodą przełączającą (D6), z wejściem sterującym kształtem sygnału prądowego (WESK), ponadto wejście sterujące, cyfrowe klucza analogowego (KL) połączone jest poprzez piąty kondensator (C5) z masą układu (M), ponadto wyjście analogowe scalonego klucza analogowego (KL) połączone jest z wejściem odwracającym różnicowego wzmacniacza operacyjnego (WO), przy czym pomiędzy scalony klucz analogowy (KL) i wejście odwracające różnicowego wzmacniacza operacyjnego (WO) włączony jest siódmy kondensator (C7) drugim zaciskiem połączony z masą układu (M), zaś wejście analogowe scalonego klucza analogowego (KL) poprzez drugi rezystor (R2) włączone jest pomiędzy pierwszy rezystor wysokoprądowy (R1) i drugi tranzystor wysokoprądowy (T2), ponadto wejście zasilania scalonego klucza analogowego (KL) połączone jest z masą układu (M) i dalej poprzez trzeci kondensator (C3), siódmy rezystor (R7) i siódmy kondensator (C7) z masą układu (M), a pomiędzy trzeci kondensator (C3) i siódmy rezystor (R7) włączone jest wejście zasilania scalonego klucza analogowego (KL) i jednocześnie pomiędzy trzeci kondensator (C3) i siódmy rezystor (R7) włączony jest zacisk zasilacza (ZA).
4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że wejście konwertera napięcia (KU) podłączone z jednej strony z wejściem sterującym kształtem sygnału prądowego (WESK) z drugiej strony połączone jest z bramką szóstego tranzystora (T6), który połączony jest z masą układu (M) oraz poprzez trzynasty rezystor (R13) i dwunasty rezystor (R12) z zaciskiem zasilacza (ZA), przy czym pomiędzy bramkę szóstego tranzystora (T6) i wejście sterujące kształtem sygnału prądowego (WESK) włączony jest czternasty rezystor (R14) połączony drugim zaciskiem z masą układu (M), natomiast pomiędzy trzynasty rezystor (R13) i dwunasty rezystor (R12) włączona jest bramka piątego tranzystora (T5), który połączony jest zaciskiem zasilacza (ZA) i jednoczenie poprzez jedenasty rezystor (R11) z masą układu (M), przy czym pomiędzy piąty tranzystor (T5) i jedenasty rezystor (RH) włączone są bazy połączonych szeregowo dwóch tranzystorów trzeciego (T3) i czwartego (T4), przy czym tranzystory trzeci (T3) i czwarty (T4) połączone są szeregowo i włączone pomiędzy zacisk zasilacza (ZA) i masę układu (M), ponadto pomiędzy tranzystory trzeci (T3) i czwarty (T4) włączony jest dziesiąty rezystor (R10) połączony drugim zaciskiem z bramką drugiego tranzystora wysokoprądowego (T2), natomiast zacisk zasilacza (ZA) połączony jest poprzez ósmy kondensator z masą układu (M).
5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że różnicowy wzmacniacz operacyjny (WO) podłączony jest z zaciskiem zasilacza (ZA) poprzez szósty rezystor (R6), przy czym pomiędzy różnicowy wzmacniacz operacyjny (WO) i szósty rezystor (R6) włączony jest czwarty kondensator (C4) drugim zaciskiem połączony z masą układu (M).
6. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że wejście sterujące amplitudą sygnału prądowego (WESA) połączone jest poprzez dziewiąty rezystor (R9) z wejściem nieodwracającym różnicowego (WO), przy czym pomiędzy wejściem nieodwracającym różnicowego (WO) i dziewiąty rezystor (R9) włączony jest szósty kondensator połączony drugim zaciskiem z masą układu (M).
7. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy piątą szybką diodą wysokonapięciową (D5) i masą układu (M) równolegle do szeregowo połączonych pierwszego tranzystora wysokonapięciowego (T1), drugiego tranzystora wysokoprądowego (T2) i rezystora wysokoprądowego (R1), włączone są połączone szeregowo trzy diody zabezpieczające pierwsza (DZ1), druga (DZ2) i trzecia (DZ3).
8. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy pierwszy tranzystor wysokonapięciowy (T1) i drugi tranzystor wysokoprądowy (T2) a masę układu (M) jest włączona czwarta dioda zabezpieczająca (DZ4).
9. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy drugi tranzystor wysokoprądowy (T2) i pierwszy rezystor wysokoprądowy (R1) a bramkę drugiego tranzystora wysokoprądowego (T2) jest włączony trzeci rezystor (R3).
10. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy piątą szybką diodę wysokonapięciową (D5) i zacisk zasilacza (ZA) jest włączony czwarty rezystor (R4), przy czym pomiędzy piątą szybką diodę wysokonapięciową (D5) i czwarty rezystor (R4), jest włączony pierwszy kondensator (C1) drugim zaciskiem połączony z masą układu (M).