Urzadzenie do wzmacniania malych napiec stalych zwlaszcza do ukladów automatyki przemyslowej Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do wzmacniania malych napiec stalych, zwlaszcza do ukladów automatyki przemyslowej, oparte na za¬ sadzie posredniego przeksztalcania napiecia, które to urzadzenie jest przeznaczone do pracy w ukla¬ dach automatyki przemyslowej, wykorzystujacych przetwarzanie napiecia stalego, opornosci, wilgot¬ nosci itp. na znormalizowany prad staly lub na¬ piecie stale.Znane rozwiazania tego rodzaju urzadzen sa oparte na wzmacniaczach pradu stalego, zrealizo¬ wanych w ukladzie bezposredniego wzmocnienia, jak równiez w ukladzie z posrednim przetwarza¬ niem napiecia.Znany jest szereg rozwiazan wzmacniaczy z po¬ srednim przetwarzaniem napiecia, rózniacych sie rozwiazaniem modulatora wejsciowego oraz- stop¬ ni koncowych.W laboratoryjnych woltomierzach bardzo malych napiec (nanowoltomierzach) stosowane sa modu¬ latory wibratorowe, charakteryzujace sie najwiek¬ sza ze znanych rozwiazan dokladnoscia przetwa¬ rzania. Stopnie koncowe tych wzmacniaczy wspól¬ pracujace z reguly z miernikiem wskazówkowym wykonywane sa jako detektory fazoczule o malych sygnalach wyjsciowych.Wzmacniacze te przeznaczone do krótkotrwalych pomiarów w warunkach laboratoryjnych nie spel¬ niaja wymagan stawianych urzadzeniom przemy¬ lo 20 25 30 slowym, eksploatowanym w ruchu ciaglym, przy duzych zmianach warunków pracy.Inne rozwiazania wzmacniaczy, przystosowanych do pracy w ukladach automatyki przemyslowej oparte na zasadzie posredniego przetwarzania na¬ piecia sa zaopatrzone w modulatory wejsciowe, wykonane na dwóch tranzystorach o bardzo staran¬ nie dobieranych identycznych charakterystykach, polaczonych szeregowo, równolegle lub szeregowo- równolegle, tak, azeby nastapila wzajemna kom¬ pensacja napiec szkodliwych, lub na jednym tran¬ zystorze wlaczonym równolegle do wzmacniacza przy czym napiecie szkodliwe tranzystora kom¬ pensowane jest przez podanie do jego emitera na¬ piecia przemiennego o tej samej czestotliwosci jak napiecie kluczowania.Stopnie wyjsciowe znanych wzmacniaczy wy¬ konywane sa na ogól jako detektory fazoczule jed¬ no i dwukierunkowe lub mostkowe uklady wzma¬ cniaczy pradu stalego, co z reguly wymaga zasto- wania kilku tranzystorów.Przytoczone wyzej rozwiazania maja szereg wad eksploatacyjnych, wplywajacych na jakosc urza¬ dzen i niezawodnosc ich pracy. Wykazuja one duzy poziom szkodliwych napiec powstalych w chwili przelaczenia modulatora, koniecznosc sto¬ sowania duzej liczby tranzystorów dla uzyskania dwukierunkowego pradu wyjsciowego, duzych po¬ jemnosci filtrujacych w detektorze oraz trudnos- •9 67069 670 ci zmiany pradu wyjsciowego, np. w przypadku stosowania róznych systemów automatyki.Celem wiec wynalazku jest uproszczenie ukladu elektrycznego wzmacniacza malych napiec stalych, rzedu 10 mV-H1000 mV z posrednim przetwarza¬ niem napiecia i zrealizowania go jako prostej kon¬ strukcji o malej liczbie elementów, a jednoczes¬ nie gwarantujacego niezawodnosc dzialania przy znacznym rozrzucie parametrów uzytych pólprze¬ wodników, jak równiez charakteryzujacego sie dobrymi parametrami technicznymi oraz uniwer¬ salnoscia pod wzgledem latwego przystosowania do róznych systemów automatyki.Cel ten zgodnie z wynalazkiem osiagniety zo¬ stal glównie poprzez przekonstruowanie stopnia wejsciowego oraz stopnia wyjsciowego wzmacnia¬ cza.Modulator wejsciowy wykonany jest w jedno- tranzystorowym ukladzie równoleglym wprowa¬ dzajac kompensacje szkodliwego napiecia pocza¬ tkowego przy pomocy napiecia stalego poprzez za¬ stosowanie ukladu kompensacyjnego zawierajacego dwa zródla pradu stalego o róznej polaryzacji.Uklad kompensacyjny zrealizowany jest za po¬ moca trzech oporników z których jeden jest umieszczony w kolektorze tranzystora, a dwa po¬ zostale sluza do regulacji wielkosci stalego pradu kompensujacego przeplywajacego przez opornik umieszczony w kolektorze.Koncowy wzmacniacz pradu stalego wykonany zostal na jednym tranzystorze, którego baza spola¬ ryzowana jest wstepnie napieciem stalym okres¬ lajacym poczatkowy prad tranzystora, a kolektor polaczony jest z ukladem odcinajacym wytwarza¬ jacym prad o kierunku przeciwnym niz prad tran¬ zystora. Obciazenie tranzystora wyjsciowego, sta¬ nowi zewnetrzna opornosc obciazenia, opornik sprzezenia zwrotnego oraz opornik dodatkowy.Przez zewnetrzna opornosc obciazenia oraz sprze¬ zenia zwrotnego przeplywa prad odcinajacy o kie¬ runku przeciwnym do kierunku pradu kolektoro¬ wego, uzyskiwany ze zródla napiecia stalego za po¬ moca odpowiedniego opornika. Rozwiazanie takie pozwala na uzyskanie dwukierunkowego pradu wyjsciowego o symetrii wystarczajacej dla zapew¬ nienia wlasciwej pracy wzmacniacza z silnym ujemnym sprzezeniem zwrotnym.Przedmiot wynalazku pokazano w przykladowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przed¬ stawia uklad blokowy wzmacniacza, a fig. 2 — jego schematyczny uklad polaczen.Stale napiecie wejsciowe, pochodzace ze zródla sterujacego, np. z termopary jest przeksztalcone w modulatorze 1 na napiecie przemienne o cze¬ stotliwosci równej czestotliwosci kluczowania te¬ go modulatora i amplitudzie proporcjonalnej do przykladanego napiecia stalego Uj.Skodliwe napiecie poczatkowe modulatora wej¬ sciowego jest kompensowane przy pomocy ukladu kompensacyjnego 7 przez wykorzystanie napiecia stalego otrzymywanego z zasilacza 8.Przeksztalcone w modulatorze 1 napiecie jest wzmocnione we wzmacniaczu pradu przemien¬ nego 2 i nastepnie prostowane w detektorze faza- czulym 3.Dla kluczowania modulatora wejsciowego 1 oraz detektora fazoczulego 3 zastosowane jest zródla 5 impulsów prostokatnych 6 pracujace np. w ukla¬ dzie multiwibratora.Napiecie wyprostowane w detektorze 3 sluzy do sterowania stopnia koncowego 4, wykonanego jako wzmacniacz pradu stalego. Wzmacniacz ten wraz 10 z ukladem odcinajacym 5 stanowi obwód wyjscio¬ wy urzadzenia wedlug wynalazku, pozwalajacy na uzyskanie dwukierunkowego pradu wyjsciowego.Dzialanie obwodu wyjsciowego urzadzenia wedlug wynalazku opisano ponizej. 15 Tranzystor koncowego wzmacniacza pradu sta¬ lego 4 jest polaryzowany wstepnie okreslonym na¬ pieciem polaryzujacym, co powoduje dla zerowe¬ go napiecia detektora 3 przeplyw pradu w obwo¬ dzie kolektoremiter tranzystora, o wartosci zalez- 20 nej od napiecia polaryzujacego. Prad ten zostaje nastepnie zsumowany z pradem odciecia z ukladu odcinajacego 5, majacym kierunek przeciwny niz prad tranzystora, wskutek czego sumaryczny prad wyjsciowy I2 odpowiadajacy napieciu wejsciowe- 25 mu' Ui równemu zero wynosi zero. Zarówno prad wyjsciowy I2 jak i prad odcinajacy, przeplywaja przez opornik ujemnego sprzezenia zwrotnego, co przy odpowiednio duzym wspólczynniku sprzeze¬ nia zwrotnego pozwala na stosowanie niestabili- 30 zowanego pradu odciecia.Przedstawiony na fig 2 uklad urzadzenia stanowi rozwiniecie ukladu blokowego z fig 1. Uklad ten jest przystosowany do przetwarzania zmian opor¬ nosci, np. opornika termometrycznego, na propor- 35 cjonalny prad znormalizowany np. od 0 do 5 mA.W ukladzie tym opornik termometryczny wlaczony jest w jedna galaz mostka Wheatstone'a 9. Zmia¬ ny opornosci tego opornika powoduja roztrojenie mostka 9 i powstawanie na jego zaciskach napie- 40 cia stalego, które jest nastepnie przetwarzane w modulatorze wykonanym na tranzystorze Tx z kom¬ pensacja sygnalów szkodliwych. Kompensacja ta jest zrealizowana za pomoca trzech oporników Rlf R2, R3, z których jeden opornik R3 jest umiesz- 45 czony w kolektorze tranzystora TY modulatora, a dwa pozostale oporniki Rx i R2 powoduja prze¬ plyw pradu stalego z zasilacza przez opornik ko¬ lektorowy R Zastosowanie kompensacji pradem stalym z 50 dwóch zródel o róznej polaryzacji pozwala na lat¬ we skompensowanie napiec poczatkowych modu¬ latora, umozliwiajac stosowanie tranzystorów o znacznych rozrzutach parametrów. Przetwarzane napiecie jest nastepnie wzmacniane w trójtranzy- 55 storowym wzmacniaczu 10 o sprzezeniach bezpos¬ rednich, majacym silne ujemne sprzezenia zwrot¬ ne dla odpowiednich punktów pracy.Trzeci stopien wzmacniacza napiecia przetwo¬ rzonego 10 jest obciazony transformatorem 11, eo którego wtórne uzwojenie steruje detektor fazo- czuly, wykonany w ukladzie szeregowym.Modulator wejsciowy oraz detektor fazoczuly jest kluczowany z generatora impulsów prostokat¬ nych, wykonanego w ukladzie multiwibratora wraz- tss ze wzmacniaczem mocy.69 670 Stale napiecie otrzymywanez detektora jest poda¬ wane nastepnie do stopnia koncowego, "który skla¬ da sie ze wzmacniacza pradu stalego i ukladu od¬ cinajacego. Wzmacniacz ten jest zbudowany na jednym tranzystorze T2 spolaryzowanym oporni- 5 kiem R4 i posiada obciazenie skladajace sie z opor¬ nika dodatkowego R5, opornika obciazenia oraz opornika sprzezenia zwrotnego R6. Przez te opor¬ niki przeplywa prad odcinajacy ze zródla pradu stalego poprzez opornik R7. Takie rozwiazanie 10 ukladu pozwala na uzyskiwanie dwukierunkowego pradu wejsciowego urzadzenia, przy czym, przy odpowiednio duzym wspólczynniku sprzezenia zwrotnego umozliwia ono stosowanie niestabilizo- wanego zródla pradu odciecia. 15 PL PL