SU1439551A1 - Регул тор температуры - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано дл  термостатировани  кварцевых генераторов. Цель изобретени  - повышение точности термостатировани . После включени  транзисторный датчик - нагреватель 6 разогреваетс  до температуры статировани , срабатывает коьшаратор 12, генератор 8 импульсов начинает работать в автоколебательном режиме с асимметричными колебани ми, длительность которых определ ет длительность тактов измерени  и регулировани . В коротком по времени такте измерени  температуры через резистор 5 течет максимальный ток базы с генерируемый генератором 7 тока, и производитс  измерение температуры транзисторного датчика-нагревател  6 путем сн ти  напр жени  с его перехода база-эмиттер с компенсацией падени  напр жени  на указанном переходе, обусловленного током усилител ми 1 и 2 и фиксаци  этого напр жени  в устройстве 3 выборки и хранени . Во втором такте, т.е. в такте регулировани , ток через резистор 5 пр мо пропорционален зафиксированному ранее напр жению. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л

Description

Фил1

Изобретение относитс  к технике автоматического рег улиронани  температуры и может быть использовано дл  стабилизапии с высокой точностью температуры пьезокварцевых резонаторов.

Цель изобретени  - повышение кости термостатировани .

На фи1 , 1 ггредстаплена функциональна  схема предлагаемот о устройства; на фиг, 2 - схема генератора импульсов; на фит , 3 - зависимость тока базы транзисторного датчика-нагревател  от напр жени  база-эмиттер при различных температурах (входна  характеристика тр анзистора) ,

Устройство содержит дифференциальный усилитель 1J последовательно соединенные дифференциальный усилитель 2, устройство 3 выборки и хранени  (УЩ), преобразователь А напр жение - токэ резистор 5, включенный параллельно первому и второму входам дифференциального усилител  1

элемента И-НЕ 15, а S-вход RS-триггера 13  вл етс  управл го1Г1им вхоло; генератора 8 импульсов,

Дифференциальньш усилитель 1 предназначен дл  выработки компенсационного напр жени , и его коэффии(иент усилени  выбираетс  таким, чтобы при достаточно большом токе i j-. (фиг ,3) ,

протекающем через резистор 5, на выходе дифференциального усилител  1 формировалось напр жение, равное падению напр жени  на переходе эмиттер- база транзисторного датчика-нагревател  6 в том случае, когда температура последнего равна заданной;, т„е, при ig. ig. Qj.,Ha выходе дифференциального усилител  Т формируетс  напр жение Uj (фиг. 3). Дифференциальный усилитель 2 необходим дл  выработки напр жени , пропорционального ИСТИННОЙ температуре транзисторного датчика-нагревател  6, УБХ 3 запоминает выходное напр жение дифференци

выход которого соединен с вторым Е;ХО-25ального усилител  2 в моменты после

дом дифференциального усилител  2,подачи тока is-A,oiK.c цепь базы трантранзисторный датчик-нагреватель 6, .зисторного датчика-нагревател  6,

эмиттер и коллектор которого п-одключе-Преобразователь 4 напр жение - ток

ны к клемме источника питани  (не по- формирует на своем выходе ток, пр мо

казан)5 а база - к второму входу пер-30пропорциональный входному напр жению,

вого и первому входу второго дифферен- Генератор 7 тока предназначен дл  ге- циальных усилителей; генератор 7 то- Kaj генератор 8 импульсов, элемент

нерации тока ii , Сфиг, 3) . Генератор 8 импульсов предназначен дл  управлени  режимами работы устройства . Элемент 9 задержки необходим дл  задержки сигналов на врем , несколько большее времени распространени  сигнала через дифференциальные усилители 1 и 2 и времени срабатывани  задержкИ; ключи 10 и 11j причем вы35

S3

где

. ход генератора / тока через ключ 10 и выход преобразовател  4 .напр жение ток через ключ 11 соединены с первым входом первого дифференциального уси- лител , компаратор 12, причем пр мой вь1ход генератора 8 имттульсов соединен Q ча 10 т.е. с управл ющим входом ключа 10 и через элемент 9 задержки - с входом уцравлени  записью УВХ 3 выход компаратора 12 св зан с управл ющим входом генератора 8 импульсов, инверсный выход последнего соединен с управл ющим входом ключа 1 1 , выход дифференциального усилител  2 подключен к первому входу компаратора 12,, второй вход которого заземлен.

Генератор 8 и fflyльcoв (фиг.. 2) содержит RS-триггер 13, элементы И-НЕ 1А и 15., конденсаторы 16 и 17,, резисторы 18 и 19 и узап 20 сброса,, при этом элементы 14 - 19 образуют схему управл емого автоколебательного мультивибратораэ выход узла 20 сброса соединен с К--входом RS-триггера 13;, выход которого св зан с первым входом

нерации ток ратор 8 имп управлени  ва. Элемент задержки си ко большее сигнала чер тели 1 и 2

50

55

93

/ /С- ,, с-г - :,й

Ключи 10 переменн ой элементов 7 базы транзи тел  6„ Ком мент достиж

Устройст разом.

- Генератор 7 тока предназначен дл  ге-

35

Q ча 10 т.е.

нерации тока ii , Сфиг, 3) . Генератор 8 импульсов предназначен дл  управлени  режимами работы устройства . Элемент 9 задержки необходим дл  задержки сигналов на врем , несколько большее времени распространени  сигнала через дифференциальные усилители 1 и 2 и времени срабатывани 

.е.

-f- с-.

+ -.

где

ча 10 т.е.

93 врем  задержки шvmyльca

элементом 9 задержки;

/ /С- ,, с-г - врем  задержки сигнала дифференциал ьньгми усилител ми 1 и 2 соответственно; :,й врем  срабатывани  ключа 10,

Ключи 10 и 11 необходимы дл  по- переменн ой коммутации выходных токов элементов 7 и 4 соответственно в цепь базы транзисторного датчика-нагревател  6„ Компаратор 12 фиксирует момент достижени  заданной температуры,,

Устройство работает следующим образом .

143955

Дл  того, чтобы транзисторный

датчик-нагреватель 6 поддерживал заданную температуру, его необходимо разогреть коллекторным током до требуемой температуры, а затем добавл ть порции тепла пропорционально энергии, отбираемой в окружающее пространство. Поэтому при включении устройства на пр мом выходе генератора 8 импульсов

10

формируетс  1, а на инверсном О, замыкаетс  ключ 10, через резистор

5и переход база-эмиттер транзисторного датчика-нагревател  6 течет ток if (Лиг. 3), генерируемый генератоЛМКс

ром 7 тока, что приводит к разогреву транзисторного датчика-нагревател  6. Так как в момент включени  температур транзисторного датчика- нагревател  6 меньше заданной, например температура включени  Т Т (фит. 3), а через резистор 5 течет ток 1у,д.с то с выхода диф- ферен1щального усилител  1 снимаетс  напр жение U. , а с базового вывода транзисторного датчика-нагревател 

6- напр жение U (фиг. 3), .Таким образом, на выходе дифференциального усилител  2 напр жение положительно, на выходе компаратора 12 1, и генератор 8 импульсов сохран ет прежнее состо ние, при котором с его пр мо .го выхода снимаетс  1, а с инверсного О. Разность ли u . - U; характеризует разницу между заданной и истинной температурами транзисторного датчика-нагревател  6 и с его прогревом она уменьшаетс , и когда она становитс  равной нулю, а транзисторный датчик-нагреватель 6 разо- грел с  до заданной температуры Тухд (фиг. 3), срабатывает компаратор 12, на его выходе формируетс  О, и с этого момента генератор 8 импульсов работает в автоколебательном режиме с асимметричными колебани ми. В этом режиме длительность импульсов на пр мом выходе генератора 8 намного меньше длительности импульсов на его инверсном выходе, при этом длительность импульса на пр мом выходе должна удовлетвор ть условию

1

э

+ с

уьч

где

- длительность импульса на пр мом выходе генератора 8 импульсов;

0

5

t-, - врем  задержки иьтульса

элементом 9 задержки; Cijp - врем  записи данных в

УВХ 3.

При использовании быстродействующих операционных усилителей в ка,че- стве дифференциальных усилителей

1и 2, высокочастотного транзистора

в качестве кл o a 10 и быстродействующего УВХ 3 врем  Г, составл ет 12МКС , и за это короткое врем  при подаче тока цепь базы транзисторного датчика-нагревател  6 последний не успевает разогретьс  даже на незначительную величину. За это врем , т.е. когда замкнут ключ 10

и через резистор 5 течет ток ig , на выходе дифференциального усилител  2 формируетс  напр жение ЛU, пропорциональное разности между заданной и истинной температурами, и, когда сигнал устанавливаетс  (что зависит от частотных свойств транзисторного 5 датчика-нагревател  6), с.выхода элемента 9 задержки снимаетс  1, производитс  запись значени  дИ в УВХ 3 и это напр жение преобразуетс  преобразователем 4 в ток. При переключении генератора 8, т.е. при по влении 1 на его инверсном выходе, замыкаетс  ключ 11 и размыкаетс  ключ 10 и через резистор 5 течет ток i,

0

0

упр

5

определ емый формулой iynp - Ьи.

0

5

где К - посто нный коэффициент;

MJ - наЦр жение, пропорциональное разности между требуемой и истинной температ- фами тран- .зисторного датчика-нагревател  6,

при этом значение ДУ обновл етс  в УВХ 3 после каждого такта регулировани , а снимаетс  оно при токе

«макс

т.е. при максимальной чувствительности транзисторного датчика-нагревател  6 к изменени м температуры. Таким образом, терморегул тор осуществл ет пропорциональное дискретное регулирование температуры.

Генератор 8 импульсов (фиг. 2) работает следующим образом. -В момент включени  узел 20 сброса формирует импульс, устанавливающий триггер 13 в нулевое состо ние, поэтому мультивибратор на элементах 14-19 не работает , при этом с выхода элемента

5

5 14395516

15 снимаетс  1, а с выходачерез первый ключ и пыход преобразозлемента И-НЕ 14 О. Когда иа выхо-вател  напр жение - ток через второй

де компаратора 12 формируетс  О,ключ подключены к пйрвому выводу

триггер 13 перебрасываетс , мульти-резистора, пр мой выход генератора

вибратор на элементах 14-19 переходитимпульсов соединен с упранп ющим вхо-в автоколебательный режим, при этомдом первого ключа и через элемент

соответствующим выбором емкостей кон-задержки - с входом управлени  запиденсаторов 16 и 17 обеспечивают асим-сью устройства выборки и хранени ,

метричность выходных импульсов, сни- Q выход компаратора св зан с управл юмаемых с выходов элементов И-НЕ 14щим входом генератора импульсов, ини 15, и длительность этих импульсовверсный выход которого соединен с

определ ет точность устройства.управл ющим входом второго ключа, выход второго дифференциального усилиФормула изобретени 15 тел  подключен к входу устройства выборки и хранени , выход которого сое-1 . Регул тор температу11Ы, содержа-динен с входом преобразовател  напр -щий компаратор, генератор тока, ре- жение - ток, а второй вход компаратозистор , транзисторный датчик-нагре-ра заземлен,

ватель, первый и второй дифференци-20

альные усилители, причем выход пер-2. Регул тор по п. 1, о т л и - вого дифференциального усилител  сое чающийс  тем, что генератор динен с первым входом второго диф-импульсов содержит RS-триггер, узел ференииального усилител , второй входсброса, первый и второй элементы И-НЕ, которого подключен к первому входу25 первьш и второй резисторы и первый и первого дифференциального усилител ,второй конденсаторы, причем выход первому выв.оду резистора и базе тран-второго элемента И-НЕ  вл етс  пр мым зисторного дат чика-нагревател , кол-выходом генератора импульсов и через лектор и эмиттер которого подключеныпервый конденсатор подключен к пер- к клеммам источника питани , минусо-зо вому и второму входам первого элемен- ва  клемма которого заземлена, второйта И-НЕ и первому выводу первого ре- вход первот о дИ(|х})еренциального усили-зистора, выход первого элемента И-НЕ тел  соединен с вторым выводом ре- вл етс  инверсным выходом генератора зистора, а выход второго дифференци-импульсов и подключен через второй ильного усилител  подключен к первому конденсатор к второму входу второго входу компаратора, отличаю-элемента И-НЕ и первому выводу второ- щ и и с   тем, что, с целью повыше-го резистора, вторые выводы обоих рени  точности термостатировани , в ре-зисторов заземлены, первый вход вто- гул тор введены устройство выборкирого элемента И-НЕ св зан с выходом и хранени , преобразователь напр же- Q RS-триггера, R-вход которого подклю- ние - ток, генератор импульсов, эле-чен к выходу узла сброса, а S-вход - мент задержки и первый и второй клю-к управл ющему входу генератора им- чи, при этом выход генератора токапульсов.

-

Ч

тож

l

;б

FW

5 . 9

фЕ/5.2

7,}

ff

и

i.r

Claims (2)

1. •Формула изобретения i 1. Регулятор температуры, содержа; щий компаратор, генератор тока, ре- ' зистор, транзисторный датчик-нагреватель, первый и второй дифференци: альные усилители, причем выход пер^: вого дифференциального усилителя сое' динен с первым входом второго дифференциального усилителя, второй вход которого подключен к первому входу первого дифференциального усилителя, первому выв.оду резистора и базе тран1439551 через первый ключ вателя напряжение ключ подключены к резистора, прямой импульсов соединен с управляющим входом первого ключа и через элемент задержки - с входом управления записью устройства выборки и хранения, выход компаратора связан с управляющим входом генератора импульсов, инверсный выход которого соединен с управляющим входом второго ключа, выход второго дифференциального усилителя подключен к входу устройства выборки и хранения, выход которого сое-динен с входом преобразователя напряжение - ток, а второй ра заземлен.

   вход компарато20
2. 2. Регулятор по п. чающийся тем, импульсов содержит RS-триггер, сброса, первый и второй элементы И-НЕ, первый и второй резисторы и первый и второй конденсаторы, причем выход второго элемента И-НЕ является

   1, о т л и что генератор узел прямым зисторного датчика-нагревателя, коллектор и эмиттер которого подключены к клеммам источника питания, минусовая клемма которого заземлена, второй вход первого дифференциального усилителя соединен с вторым выводом резистора, а выход второго дифференциального усилителя подключен к первому входу компаратора, отличающ ий с я тем, что, с целью повышения точности термостатирования, в регулятор введены устройство выборки и хранения, преобразователь напряжение - ток, генератор импульсов, элемент задержки и первый и второй ключи, при этом выход генератора тока выходом генератора импульсов и через первый конденсатор подключен к пер30 вому и второму входам первого элемента И-НЕ и первому выводу первого резистора, выход первого элемента И-НЕ является инверсным выходом генератора импульсов и подключен через второй

   35 конденсатор к второму входу второго элемента И-НЕ и первому выводу второго резистора, вторьте выводы обоих резисторов заземлены, первый вход второго элемента И-НЕ связан с. выходом RS-триггера, R-вход которого подключен к выходу узла сброса, а S-вход к управляющему входу генератора импульсов.