SU984089A2 - Многоканальное резервированное аналоговое устройство - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области приборостроени  и автоматики и может I быть использовано дл  построени  мно ,гократно резервированных систем управлени  с несколькими управл ющими выходамк повьлденной надежности и точности

По основному авт.св. № 932661 известно многоканальное аналоговое устройство , содержащее в каждом канале операционный усилитель и диодные функциональные преобразователи, выход каждого операционного усилител  соединен с первыми входами соответствующих основного и дополнительных диодных функциональных преобразователей, инверсный вход ка;кдого операционного усилител  через масштабный резистор в обратной св зи соединен с выходом дополнительного диодного функционального преобразовател  и с выходом устройства , вторые входы дополнительных диодных функциональных преобразователей объединены между собой в одну точку и подключены к выходу основного устройства, а каждый вход устройства через входной масштабный резистор соединен с входом соответствующего операционного усилител  1. ,

Недостатком известного устройства  вл етс  отсутствле в нем блока контрол  исправного состо ни  i-ro резервируемого канала с сигнализацией об отказе кангша.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей устройства, в частности, посредством сигнализации об отказе одного из резервируе10 мых кансшов.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в многоканальное резервированное аналоговое устройство введены ключ и диодный мост с двум  баланс15 ными резисторами, однонаправленнеш диагональ которого подключена к положительному и отрицательному полюсам источника посто нного напр жени  СОсредней точкой, соединенной с

20 общей нулевой шиной устройства, один вывод другой диагонали диодного моста подключен к выходу соответствующего операционного усилител , второй вывод - к первому входу соответствующего дополнительного диодного функционального преобразовател , первый вход и первый выход ключа подключены к выходному и входному выводам однонаправленной диагонали диодного мас30

та, второй вход ключа соединен с положительным полюсом внешнего источника посто нного напр жени  отрицательный полюс которого объединен с общей нулевой шиной, а второй выход ключа соединен с выходом контрол  устройства.

При этом ключ содержит два транзисТора противоположного типа проводимости и дварезистора, причем база первого- транзистора соединена с первым выходом ключа, а коллектор через два последовательно включенных резистора соединен с вторым входом ключа и эмиттером второго транзистора, база которого подключена к общей точке соединени  резисторов, а коллектор - к второму выхбду ключа о

На чертеже представлена блоксхема многоканального резервированного аналогового устройства.

Устройство состоит из блоков 1 и 2 основного устройства, а в каждом резервируемом канале из блока контрол , содержащего Ключ 3 и диодный мост 4. Однонаправленна  диагональ диодного моста 4 (вывода 5 и 6 через два балансны х резистора .7 и 8 соединена с положительным 9 и отрИ дательным 10 полюсами, источника посто нного напр жени  (не показан со средней точкой 11, объединенной с общей нулевой шиной устройства. Один вывод 12 другой диагонали диодного моста 4 подключаетс  к выходу qooTветствующего операционного усилител  13 основного устройства 2,второй вывод 14 этой же диагонали диодного моста 4 соедин етс  с первым входом 15 соответствующего дополнительного диодного функционального преобразовател  основного устройства 2, пер . вый вход 16 и первый выход 17 ключа 3 подкл:ючаетс  к выходному 6 и входному 5 выводам однонаправленной диагонали диодного моста 4. Второй вход 18 ключа 3 соедин етс  с положительным полюсом 19 внешнего источника посто нного напр жени  +U (не показан ) , отрицательный полюс 20. которого объедин етс  с об.щей шиной устройства . Второй выход 21 ключа 3 соедин етс  с выходом 22 контрол  устройства . Каждый ключ 3 содержит первый п-р-п 23, второй р-п-р 24 транзисторы и два резистора 25 и 26, причем база первого транзистора 23 соедин етс  с первым входом 16 ключа 3, эмиттер - с ее первым выходом 17, а коллектор, через два последовательно включенных резистора 25 и 26, сое .дин етс  с вторым входом 18 ключа 3 и эмиттером второго транзистора 24, база которого подключаетс  к общей точке соединени  резисторов 25 и 26, а коллектор - к второму выходу ключа 3..

Устройство работает следующим образом .

Блок контрол  реализует выходную пороговую характеристику вида

О (ф при|1вых1 1а

(П

«к 1 (+U) прй}1вык/7/ ID

где е - напр жение на выходе 22 контрол  устройства;

вМ)Г значение выходного тока ,. . рационного усилител  13;

1д - значение тока ограничени  в однонаправленной диагонали диодного моста 4; t-U - напр жение внешнего источника посто нного напр жени  : 5 (полюс 19).

Физические процессы в блоке контрол  рассматриваютс  в двух режимах работы: исправное сос.тр ние i-ro резервируемого канала, когда| Ig{, ; j 20 отказ в i-oM резервируемом канале, когдаI Iftbtx/7/Io.

Исправное состо ние. Величина внутреннего динамического сопротивлени  Родиодного моста 4 зависит ,от разности 25 величин двух -оков: тока ограничени  1 в однонаправленной диагонали диодного моста 4 (выводы 5 и 6), значение которого определ етс  выражением

0

.)

где Е - напр жение источника питани  относительно средней точки и выходного тока Ljjf операционного усилител  13J значение-которого определ етс  суммой двух токов согласно выражени 

1Чых| I RHTrl ocI, .(3)

где I -.значение тока в нагрузке

, i-ro резервируемого канала; R R +RR р ограничительный резистор Hi огр в выходной цепи i-ro канала

(показан штриховой линией); . R - сопротивление нагрузки (не

показано); ос значение тока в обратной

св зи операционного усилител  13,

При значени х |1рь, величина сопротивлени  RA определ етс  динами . ческим сопротивлением открытых диодов диодного моста 4, которое мало и составл ет в среднем дес тки ом дл  5 .значений токов ограничени  1 едини-i цы милиампер.

При выполнении услови  о Д.ф,. + RH) падением напр жени  на динами0 ,ческом сопротивлении Rg открытого диодного моста 4 и резисторе в дополнительном диодном функциональном преобразователе основного устройства 2 тока Ig,nx можно пренебречь и

5 считать, что напр жение на i-ом выходе устройства (точка В) определ ет с  выражением i-e. ; i Т где е - напр жение на входе i-ro ре эервируемого канала; Кл ,- номиналы масштабных резисто ров операционного усилител  13. В частном случае при равенстве номиналов резисторов .выражение (4) преобразуетс  к виду При выполнении услови  R. 7 1 значение вйхрдного тока определ етс  выражением . . -/ep-i /. где CQ - напр жение на выходе опера ционного усилител  13 (точ ка А) „ Пропорционально изменениЪ. величины выходного напр жени  операционного усиЛител -ео и его знака происходит сложение или вычитание частей токов 10(,|)1И lo в противоположных плечах диодного моста 4, что влечет за собой однонаправленные равные изменени  потенциалов на входе 5 и выходе 6 диагонали диодного моста, однако относительна  разность этих изменений в данном режиме посто нна по величине и равна.О В, В исправном состо нии канала баз эмиттерный переход первого транзистора 23 в ключе 3 посто нно находит с  под исходным обратным напр жением равным (где - падение напр женин на открытом диоде), а именно: на эмиттере и базе транзистора относительно средней точки источника питани . Транзистор 23 за перт выходе 22 контрол  напр жение О В,соответствующее логическо состо нию исправности i-ro резервируемого канала - О. Отказ в i-M канале, При рассогласовании потенциалов между точкой В и точкой С выше задан ного порога отсечки - (где вррпадение напр жени  на открытом диоде в .дополнительном диодном функциональ ном преобразователе основного устрой ства 2 происходит нарушение линейных отношений Metay входным током и токо обратной св зи операционного усилите л  13 в i-OM кансше, что равносильно скачкообразному увеличению выходного напр жени  в точке А. При отсутст вии блока контрол  это скачкообразное увеличение выходного напр жени  е происходит до значени  напр жени  насЕзОцени  операционного усилител  1 Еивс sro пол рность определ етс  знаком .текущей разности напр жений на выходе i-ro канала в точке В ц и осредненного значени  напр жени  по всем резервируемым каналам на идходе основного устройства 1 в,точке С - е . Значение выходного тока L|. отказа операционного усилител  13 определйетс  выражением п . 1 нас1-(1 г1И1епИ).|I выхотиага г «дФиг .1ХАоп1,(8) где Е - значение напр жени  насыще ни  операционного усилител  13 основного устройства 2; ®пр падение напр жени  на от крытом диоде в дополнительном диодном функциональном преобразователе основного устройства 2; . е , - текущее осредненное значе ниё выходного напр жени  основного устройства 1 по всем резервируемым каналам; I - максимально допустимое знавык доп yg, выходного тока дл  примененного типа операционного усилител  13. Дл  наихудшего случа  это рассогласование напр жений достигает значени равного / 2Е |, что составл ет в среднем 30 В. Поэтому дл  выполнени  услови  ( 8), чтобы ток I BbiXOTKQJCI 1 6ЫХАОп15 ° 1 номинал резистора должен быть в пределах от 3 до 6 кОм. Рассмотрим физический процесс перераспределени  номиналов на выводах 6 и 5 однонаправленной диагонали диодного мсэста 4 дл  случа  отказа в i-oM канапе при отсутствии ключевой схеьи 3. При значени х IЭьмхоиоааl / o происходит попарное запирание диодов в противоположных плечах диодного моста 4: или П 6,i4 ,5 и ГЬа1 в зависимости от знака рассо-. гласовани  текущего значени  выходного напр жени  е. операционного усилитёл  13 относительно напр жени  е.. на вцходе основного устройства 1. При этом внутреннее динамическое -сопротивление диодного моста , напр жение CQI скачком достигает значени  +Еда. напр жение на выводе 5 или 6 диодного моста 4 фиксируетс  на ограниченном уровне. При значении разности потенциалов (o-i потенциал вывода 5 диодного моста 4 определ етс  выражением -F КдФпа. + ,- . 4.р . Г91 5 V а потенциал вывода 6 скачком возрастает до максимального значени  Е;

Разность потенциалов между выводами 6 и 5 определ етс  выражением

Ядфпа

е - Е J,. f НОс ITipfR

АФПа. R-t

7 О.(10)

(6,4 -..Sp)

7 - ЛФПа

Пример 1. Е„с«с 13 В; Е 15 ей««х 10 В} е„р 0,6 в; R-f 15 кОм. (дл  1о 1 мА) ; 3 ком.

а). 13 В -11,3 В 1,7

б) 13 В - 6,3 В 6,7 При значении разности потенциалов

(ео4 -ел ) О потенциал вывода б диодного моста 4 определ етс  выражением .

.4.-V

8

iuOrVL

Re

- ТУ ъ (11)

«е Vnz

А потенциал вывода 5 скачком достигает максимального значени  - Е„асРазность потенциалов между выводами 6 и 5 определ етс  выражением

RAdtni.

-Е

-е,

Rg „ АФГ-а Re

г%. -°Пример 2. Все данные примера 1 сохран ютс  R- Rg 15 кОм„ aj ex-ее 13-6,3 6,7 В 7 О б) 13-11,3 1,7 В 7 0„ Из сравнени  выражений (Ю) и (12) следует, что не;зависимо от пол рности рассогласовани  напр жени  е относительно ej-;} в режиме Отказ ка .нала, разность потенциалов между выводами 6 и 5 диодного моста 4 всегда имеет только положительный знак и измен етс  скачком

В режиме, Отказ канала между выводами б и 5 однонаправленной диагонали диодного моста 4, наход щегос  в SeiMKHyTOM контуре обратной св зи операционного усилител , всегда имеет место скачок модул  напр жени  ,сигнала отказа, уровень которого определ етс  параметрами блока контрол  и текуЕоими значени ми напр жеНИИ входных сигналов - e-f .

При наличии между выводами б и 5 диодного моста 4 порогового элемента , а именно база-эмиттернрго перехода п-р-п транзистора 23, скачкообразное увеличение напр жени  на выходе операционного усилител  - , а следовательно и на выводе б диагонали диодного моста происходит до уровн , определ емого напр жением отпирани  Ugg база-эмиттерного перехода-транзистора 23, в коллекторе которого скачком до нул  возрастает коллекторный ток , проход щий по цепи при (coi -ej;-;) 7 О - вывод 5вывод 14 - резистор ЯцфПэГ ыход основного устройства 1 (точка С); при(е -ej ) 0 - вывод 5 - вывод 12 выход операционного усилител  13..При по влении скачка тока 1к, резисторе Rj также скачком по вл етс  разность потенциалов, превышающа  напр жение отпирани  Upg база-эмиттерного перехода транзистора 24, который при этом переходит в режим насыщени  и коммутирует напр жение -t-U вна него источника посто нного напр жени  (клема 19) на выходную клемму контрол  22, сигнашизиру  об отказе в i-ом канале . При этом напр жение на выходе 22 контрол  устройства соответствует логической 1.

Напр жение внешнего источника питани  должно быть - . Требовани  к стабильности тока ограничени  1о в диагонали диодного моста 4 невысокие и определ ютс  только выполнением услойи , чтобы при отказе в i-ом канале выходной ток /IgblX/ O

Температурна  нестабильность электрических параметров открытых диодов в диодном мосте 4 практически не вли ет на работу блока контрол  в режиме Отказ канала о Объ сн етс  это тем, что диодный мост находитс  в замкнутом контуре отрицательной обратной св зи операционного усилител , поэтому температурные Девиации динамических сопротивлений диодов компенсируютс  изменени ми выходного напр жени  операционного усилител , поддержива  (при значении е const) соотношени  разности частей токов 1., в плечах диодного моста практически неизменными .

Резистор .выполн ет функции ограничител  максимального значени  выходного тока операционного усилител  и тока базы транзистора 23 в ключе 3 в режиме Отказ канала.

Технико-экономический эффект от внедрени  предлагаемого устройства заключаетс  в повышении надежности резервируемых систем. Отсутствие в .схеме устройства реактивных элементов способствует его реализации в интегральном исполнении и широкому применению как базового элемента дл  построени  различных многократно резервированных систем с несколькими управл ющими выходами повьааенной надежности и точности.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   1о .Многоканальное реэервированн(е аналоговое устройство по авт.ев, 932661, отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей устройства, в нем в каждый-резервируемый канал дополнительно введены ключ и диодный мост с двум  балансными резисторами,. однонаправленна  диагональ которого подключена к положительному и отрицательному полюсам источника посто нного напр жени  со средней точкой, соединенной с общей нулевой шиной уст ройства, один вывод другой диагонали диодного моста подключен к выходу соответствую1цего операционного усилител , второй вывод к первому входу соответствующего дополнительного диодного функционального преобразовател , первый вход и первый выход ключа подключены к выходному и входному выводам однонаправленной диагонали диодного моста, второй вход ключа соединен.с положительным полюсом внешнего источника посто нного напр жени , отрицательный полюс которого объединен с общей нулевой шиной а второй выход ключа соединен с выходом контрол  устройства,
2. 2. Устройство ПОП.1, отличающеес  тем, что ключ содержит два транзистора противоположного типа проводимости и два резистора, причем база первого транзистора соединена с первым выходом ключа, а коллектор через два последовательно включенных резистора соединен с вторым входом ключа и эмиттером второго транзистора, база которого подключена к общей точке соединени  резисторов , а коллектор - к второму выходу ключа. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1 „ Авторское свидетельство ССХ:Р 932661, кл. Н 05 К 10/00, 1980 (прототип).