SU1723462A1

SU1723462A1 - Converter of non-electric values to electric signal

Info

Publication number: SU1723462A1
Application number: SU904818016A
Authority: SU
Inventors: Георгий Евтихиевич Иванченко; Николай Александрович Силаев; Радослав Николов Хрисчев; Виктор Викторович Рогозов
Original assignee: Московский Инженерно-Строительный Институт Им.В.В.Куйбышева
Priority date: 1990-04-23
Filing date: 1990-04-23
Publication date: 1992-03-30

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и позвол ет повысить точность и чувствительность преобразовани неэлектрических величин в электрический сигнал. В установившемс режиме на выходе преобразовател протекает ток, равный сумме токов в цепи резистивного элемента 15 и эмиттерного тока составного транзистора 18 в цепи резистора 17. При изменении измер емого параметра и соответственно из; менении величины сопротивлени резистивного чувствительного элемента 15 измен етс напр жение эмиттер-база составного транзистора, по величине которого суд т об измер емом параметре. 1 ил.The invention relates to a measurement technique and makes it possible to increase the accuracy and sensitivity of converting non-electrical quantities into an electrical signal. In the steady-state mode, a current flows at the output of the converter equal to the sum of the currents in the circuit of the resistive element 15 and the emitter current of the composite transistor 18 in the circuit of the resistor 17. When the measured parameter changes and accordingly from; When the resistance value of the resistive sensing element 15 is changed, the voltage of the emitter-base of the composite transistor varies, the value of which determines the parameter being measured. 1 il.

Description

Изобретение относитс к приборостроению и может быть использовано дл изме- рени неэлектрических величин резистивным чувствительным элементом при питании от источника с нестабильным напр жением.The invention relates to instrument making and can be used to measure non-electrical quantities with a resistive sensitive element when powered from an unstable voltage source.

Известен измерительный преобразователь неэлектрических величин с токовым выходом, содержащий два активных сопротивлени в качестве чувствительного элемента и два транзистора p-n-р и п-р-п-типа, коллектор каждого из которых соединен с базой другого, их эмиттеры соединены через резистор обратной св зи, а в коллекторную цепь каждого транзистора включен стабилитрон.A non-electrical measuring transducer with a current output is known, which contains two active resistances as a sensitive element and two pn-p and pnp-type transistors, the collector of each of which is connected to the base of the other, their emitters are connected via a feedback resistor, and a zener diode is connected to the collector circuit of each transistor.

Недостатками известного преобразовател вл ютс невысока точность преобра- зовани при колебании питающего напр жени и температуры окружающей среды и недостаточна чувствительность, определ ема коэффициентом усилени транзисторов.The disadvantages of the known converter are the low accuracy of the conversion when the supply voltage and the ambient temperature fluctuate and the sensitivity is not sufficient, which is determined by the gain of the transistors.

Наиболее близким к предлагаемому вл етс преобразователь неэлектрических величин с токовым выходом, содержащий в качестве чувствительного элемента два активных сопротивлени и выполненный в виде двух транзисторов p-n-р и п-р-п-типов проводимости таким образом, что коллектор каждого транзистора соединен с базой другого, их эмиттеры соединены через резистор обратной св зи, а в коллекторную цепь каждого транзистора включен дополнительный транзистор той же проводимости, причем активные сопротивлени включены между базами основных и соответствующих дополнительных транзисторов.The closest to the present invention is a non-electric current transducer with a current output, containing as a sensitive element two active resistances and made in the form of two pn-p transistors and pnp-conduction types so that the collector of each transistor is connected to the base of the other Their emitters are connected through a feedback resistor, and an additional transistor of the same conductivity is included in the collector circuit of each transistor, with active resistances being connected between the bases of the main and Related additional transistors.

Недостатками известного преобразова- нител вл ютс невысока точность преобразовани при колебании питающего напр жени и температуры окружающей среды, а также строго фиксированна чувствительность преобразовател , обусловленна коэффициентом усилени составных транзисторов.The disadvantages of the known converter are the low conversion accuracy at fluctuations of the supply voltage and the ambient temperature, as well as the strictly fixed sensitivity of the converter, due to the gain of the composite transistors.

Цель изобретени - повышение точности и чувствительности преобразовани неэлектрических величин в электрический сигнал (посто нный ток) при колебании питающего .напр жени и температуры окружающей среды.The purpose of the invention is to improve the accuracy and sensitivity of converting non-electrical values into an electrical signal (direct current) when the supply voltage and ambient temperature fluctuate.

Поставленна цель достигаетс тем, что в преобразователь неэлектрических величин в электрический сигнал, содержащий источник питани , стабилизатор тока, подключенный первым выводом к положительной шине источника питани , и чувствительный элемент, дополнительно введены два составныхтранзистора, выполненных на транзисторах n-p-п типа, резистор и цепочка из двух последовательно со- единенных диодов, катод которой подключен через чувствительный элемент кThe goal is achieved by the fact that in the converter of non-electric values into an electrical signal containing a power source, a current stabilizer connected by the first output to a positive power supply bus, and a sensitive element, two component transistors made on np-n transistors, a resistor and a chain are additionally introduced of two series-connected diodes, the cathode of which is connected through a sensitive element to

отрицательной шине источника питани , а анод соединен со вторым выводом стабилизатора тока и базой первого составного транзистора, подключенного через резистор к отрицательной шине источника питани , подключенного положительной шиной к коллектору второго составного транзистора , соединенного базой с третьим выводом стабилизатора тока, а эмиттером подключенного к коллектору первого составногоnegative power supply bus, and the anode is connected to the second output of the current regulator and the base of the first composite transistor connected via a resistor to the negative power supply bus connected to the collector of the second composite transistor connected to the third output of the current stabilizer by a positive bus and emitter connected to the collector first compound

транзистора.transistor.

На чертеже приведена схема преобразовател .The drawing shows a diagram of the Converter.

Устройство содержит стабилизатор 1 тока, соединенный первым выводом с первым выходом преобразовател и собранный , например, на основных транзисторах p-n-р типа 3 и n-p-п типа 4, база каждого из которых соединена с коллектором другого, а эмиттер - с коллектором дополнительныхThe device contains a current stabilizer 1 connected by the first output to the first output of the converter and assembled, for example, on pn-p-type 3 and n-p-p type 4 transistors, the base of each of which is connected to the collector of the other, and the emitter to the additional collector

транзисторов соответственно p-n-р и п-р-п типа 5 и 6. Между базами основных и дополнительных транзисторов одного типа включены стабилизаторы 7 и 8 соответственно а между базами дополнительных транзисторов 5 и 6 и первым и вторым выводами стабилизатора 2 тока - дополнительные стабилитроны 9 и 10. Эмиттеры дополнительных транзисторов 5 и 6 подключены к первому и второму выводам стабилитрона 2transistors, respectively, pn-p and pnp type 5 and 6. Between the bases of the main and additional transistors of the same type are included stabilizers 7 and 8, respectively, between the bases of the additional transistors 5 and 6 and the first and second outputs of the current stabilizer 2 are additional zener diodes 9 and 10. Emitters of additional transistors 5 and 6 are connected to the first and second pins of Zener diode 2

тока через резисторы 11 и 12 соответственно , а коллектор дополнительного транзистора 6 соединен с третьим выводом, стабилизатора 2 тока.current through resistors 11 and 12, respectively, and the collector of the additional transistor 6 is connected to the third output, stabilizer 2 current.

Второй вывод стабилизатора 2 тока через цепочку из двух последовательно включенных диодов 13 и 14 и чувствительный элемент 15 соединен с вторым выходом 16 преобразовател . К нему через резистор 17 подключен эмиттер первого составногоThe second output of the current stabilizer 2 is through a chain of two series-connected diodes 13 and 14 and the sensing element 15 is connected to the second output 16 of the converter. To it through the resistor 17 is connected to the emitter of the first composite

транзистора 18, собранного, например, на двух транзисторах n-p-п типа 19 и 20. База первого составного транзистора 18 соединена с вторым выводом стабилизатора 2 тока , а коллектор - с эмиттером второгоtransistor 18, assembled, for example, on two np type transistors 19 and 20. The base of the first composite transistor 18 is connected to the second output of current regulator 2, and the collector to the emitter of the second

составного транзистора 21, собранного, например , на двух n-p-п транзисторах 22 и 23. База второго составного транзистора 21 подключена к третьему вы воду стабилизатора 2 тока, а коллектор - к первому выходуcomposite transistor 21, assembled, for example, on two npp transistors 22 and 23. The base of the second composite transistor 21 is connected to the third output of the current stabilizer 2, and the collector to the first output

преобразовател .converter

Первый выход преобразовател соединен с положительной шиной источника питани , а второй выход 16 через регистрирующий прибор 24(например, миллиамперметр ) подключен к отрицательной шине источника питани .The first output of the converter is connected to the positive power supply bus, and the second output 16 is connected via a recording device 24 (for example, a milliammeter) to the negative power supply bus.

Преобразователь неэлектрических величин в электрический сигнал работает следующим образом.Converter non-electrical quantities in the electrical signal works as follows.

При включении питани на стабилизатор 2 тока поступает напр жение через чувствительный элемент 15 и диоды 13 и 14. Стабилизированный ток стабилизатора 2 создает на диодах 13 и, 14 и резистивного чувствительного элемента 15 падение напр жени , которое обеспечивает открывание транзисторов 19 и 20 составного -транзистора 18. При малых значени х сопротивлени чувствительного элемента 15 открывание транзисторов обеспечиваетс падением напр жени на диодах 13 и 14.When the power is turned on, the current stabilizer 2 receives a voltage through the sensing element 15 and diodes 13 and 14. The stabilized current of the stabilizer 2 creates a voltage drop across the diodes 13 and 14 and the resistive sensitive element 15, which provides the opening of the transistors 19 and 20 18. At low resistance values of the sensing element 15, the opening of the transistors is ensured by the voltage drop across the diodes 13 and 14.

Стабилитроны 7 и 9 стабилизатора 2 тока создают на базе составного транзистора 21 смещение, что обеспечивает открывание транзисторов 22 и 23 составного транзистора 21.The zener diodes 7 and 9 of the current stabilizer 2 create an offset on the basis of the composite transistor 21, which ensures the opening of the transistors 22 and 23 of the composite transistor 21.

Составной транзистор имеет высокий коэффициент усилени по току, который в /3 раз (/3 - коэффициент усилени по -току отдельного транзистора) больше коэффициента усилени отдельного транзистора, илиThe composite transistor has a high current gain, which is / 3 times (/ 3 - the gain coefficient of a single transistor) is greater than the gain factor of a single transistor, or

ток базы составного транзистора в j раза меньше регулируемого тока. Поэтому ток базы составного транзистора 21 не вли ет на работу стабилизатора 2 тока, а ток базы составного транзистора 18 составл ет тыс чные доли регулируемого тока и ток в це- пи чувствительного элемента 15 практически равен току стабилизатора 2 тока .The base current of the composite transistor is j times less than the regulated current. Therefore, the base current of the composite transistor 21 does not affect the operation of the current stabilizer 2, and the base current of the composite transistor 18 is one thousandth of a controlled current and the current in the circuit of the sensing element 15 is almost equal to the current of the current stabilizer 2.

На выходе преобразовател протекает ток, равный сумме токов в цепи чувствительного элемента 15 и эмиттерного тока составного транзистора 18 в цепи резистора 17. При изменении измер емого параметра и соответственном изменении сопротивлени чувствительного элемента 15 измен етс и напр жение, падающего на него, причем увеличение сопротивлени чувствительного элемента 15 вызывает пропорцио- нальное увеличение напр жени , и наоборот.At the output of the converter, a current flows that is equal to the sum of the currents in the circuit of the sensing element 15 and the emitter current of the composite transistor 18 in the resistor circuit 17. When the measured parameter changes and the resistance of the sensing element 15 changes accordingly, the voltage across it also increases. sensor element 15 causes a proportional increase in voltage, and vice versa.

Стабилизатор тока обладает высокой стабильностью в широком диапазоне изменени напр жени питани и поэтому величина стабилизированного тока не мен етс .The current stabilizer is highly stable over a wide range of variation of the supply voltage and therefore the magnitude of the stabilized current does not change.

Рабоча точка составного транзистора 18 смещаетс и ток в цепи резистора 17 тоже мен етс (соотвественно увеличиваетс или уменьшаетс ). Поэтому изменение выходного тока пропорционально изменению сопротивлени чувствительного элемента 15. Величина выходного тока пропорциональна величине стабилизированного тока стабилизатора 2 и обратно пропорциональна сопротивлению резистора 17.The operating point of the composite transistor 18 is shifted and the current in the circuit of the resistor 17 also changes (increases or decreases accordingly). Therefore, the change in the output current is proportional to the change in the resistance of the sensitive element 15. The value of the output current is proportional to the value of the stabilized current of the stabilizer 2 and inversely proportional to the resistance of the resistor 17.

Составной транзистор 21 выполн етThe composite transistor 21 performs

роль переменного резистора. Нелинейные сопротивлени эмиттер-коллектор составных транзисторов в режиме неизменного напр жени на базе характеризуютс весь0 ма высокой величиной дифференциального сопротивлени . Составной транзистор 21 принимает на себ изменени питающего напр жени и обеспечивает высокую стабильность преобразовани при колебанииthe role of a variable resistor. The nonlinear emitter-collector resistance of the composite transistors in a constant voltage mode at the base is characterized by a very high differential resistance value. The composite transistor 21 takes on changes in the supply voltage and provides high stability of the conversion when oscillating

5 напр жени питани .5 supply voltage.

Материал изготовлени диодов 13 и 14 такой же, как и материал изготовлени транзисторов 19 и 20 составного транзистора 18. Высока температурна стабильность пре0 образовани при изменении температуры окружающей среды обеспечиваетс компенсацией изменени падени напр жени на базо-эмиттерных переходах транзисторов 19 и 20 изменением падени напр же5 ни на диодах 13 и 14.The material for manufacturing diodes 13 and 14 is the same as the material for manufacturing transistors 19 and 20 of composite transistor 18. High temperature stability of conversion with changing ambient temperature is provided by compensating for the voltage drop at the base-emitter transitions of transistors 19 and 20 by changing the voltage 5 nor on diodes 13 and 14.

Таким образом, введение составных транзисторов и диодной цепочки обеспечивает стабильность преобразовани при колебании напр жени питани иThus, the introduction of composite transistors and a diode circuit ensures stability of the conversion when the supply voltage and voltage fluctuate.

0 температуры окружающей среды в несколько раз выше, чем у известного решени , что обуславливает повышени точности и чувствительности преобразовани .The ambient temperature is several times higher than that of the known solution, which causes an increase in the accuracy and sensitivity of the conversion.

Преобразователь имеет линейную вы5 ходную характеристику в широком диапазо- не изменени сопротивлени чувствительного элемента. Чувствительность преобразовани легко регулируетс изменением величины сопротивлени 17 иThe converter has a linear output characteristic in a wide range of resistance of the sensitive element. The sensitivity of the conversion is easily adjusted by varying the magnitude of the resistance 17 and

0 тока стабилизатора 2 тока.0 stabilizer current 2 current.

Высокое выходное сопротивление преобразовател позвол ет передавать сигналы измерени на большие рассто ни по кабельным лини м св зи.The high output impedance of the converter allows measurement signals to be transmitted over long distances along cable lines.

5five

Claims

The claims of the Inverter of non-electrical quantities into an electrical signal containing a power source, a current stabilizer connected by a first lead to a positive power supply busbar, and a sensitive element that, in order to increase the accuracy and sensitivity of the conversion,

5 introduced two composite transistors made on npn-type transistors, a resistor and a chain of two series-connected diodes, the cathode of which is connected via a sensitive element to the negative power supply bus, and

the anode is connected to the second output of the current stabilizer and the base of the first composite transistor connected by the emitter through a resistor to the negative bus of the power source connected to the collector of the second composite transistor connected to the third output of the current stabilizer by the positive bus and emitter connected to the collector of the first composite transistor .