Устройство для измерения тока

О П И С А Н И Е >январи

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сото э Советских

Соцкалмстнчвскнк

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61} Дополнительное к авт. свнд-ву— (22)Заявлено 27.07.81 (21) 3360125/18-21 (5l)M. Кд.

G 01 R 19/00 . с присоединением заявки МГжудерстеехкые квинтет

СССР (23) Приоритет (53) УДК621.317..7(088.8) Опубликовано 28 . 02 . 83, Бюллетень Рй

le делен хзоеретеххй и открытий

Дата опубликования описания 28 .02 .83 (72) Автор изобретения

А

Р

В. И. Ковальков хйй Ч "Щий

Одесский ордена Трудового Красного Знамени институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА!

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в качестве миниатюрных надежных измерителей тока, нечувствительных к механическим вибрациям и ударным нагрузкам.

Известны устройства для измерения тока; содержащие и транзисторов, к коллектору каждого из которых подключен катод светоизлучающего диода

° 1О цепочку из и последовательно и согЪ ласно соединенных полупроводниковых диодов, и резистивных сопротивлений и источник питания (1 ).

Зти устройства имеют недостаточ35 ную точность, определяемую нестабильностью работы транзисторов.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения тока, содержащее и светодиодов и цепоч- 20 ку из и последовательно и согласно включенных полупроводниковых диодов, соединяющую источник измеряемого тока с общей шиной, при этом светоди2 оды включаются между точками соединения диодов этой цепочки и коллекторами транзисторов, эмиттеры которых через токозадающие резисторы подКлючены к шине питания, а базы - к источнику напряжения смещения (2 g.

На стабильность показаний пара" метры светодиодов в этои устройстве влияния практически не оказывают. Точность измерения в нем повышается не только за счет возможного увеличения числа светодиодов шкалы, но и благодаря возможности приближенной оценки величины "неуравновешенного" остатка измеряемого тока по яркости свечения последнего светящегося све-, тодиода.

Однако из-за насыщения транзисторов происходит потеря быстродействия, что нежелательно, если устройство применяется в автоматических систе" мах регулирования с гальванической развязкой цепей контроля и управле-. ния с помощью оптронов. Режим насы10009

3 щения транзисторов усложняет построение источника н*пряжения смещения и затрудняет реализацию устройства в микросхемном исполнении. Если в качестве источника смещения А:пользо- 5 вать параметрический стабилизатор напряжения, то изменение тока через стабилитрон. в широких пределах, выз" ванное изменением величины измеряемого тока, приводит к нестабильнос- 1© ти напряжения смещения и ограничению числа светодиодов, что снижает точность известного устройства. Реализацию устройства в микросхемном исполнении Затрудняет также и то, что 15 в нем невозможно использовать светодиодные матрицы, имеющие один из электродов анод или катод общий.

Цель изобретения — повышение быстродействия и точности устройства. щ

Поставленная цель достигается тем, l что в устройстве для измерения тока,содержащем и светодиодов, источник измеряемого тока, цепочку из и последовательно и согласно включенных по-.25

I лупроводниковых диодов и и транзисторов, эмиттеры которых через резисторы подключены к шине питания, а ба" зы - к параметрическому стабилизатору напряжения смещения, одноименные 50 электроды светодиодов объединены и через источник измеряемого тока подключены к общей шине, а коллекторы транзисторов совместно с вторыми электродами этих светодиодов подключены непосредственно к точкам соединения диодов последовательной цепочки, включаемой между общей шиной и коллектором первого транзистора.

Кроме того, и транзисторов выпол- 4О нены в виде многоколлекторного транзистора, эмиттер которого через токозадающий резистор подключен к шине питания, база - к параметрическому стабилизатору напряжения, выполнен- 45 ному на транзисторной структуре, а

его коллекторы вместе с катодами светодиодов подключены к точкам соединения последовательно включенных коллекторных либо эмиттерных перехо- 50 дов транзисторных структур, включаемых в качестве диодной .цепочки между первым коллектором многоколлекторного транзистора и общей шиной. 55

На фиг. 1 и 2 приведены принципиальные электрические схемы предлагаемого устройства.

26 ф

Аноды всех светодиодов 1-1-1-и объединены и через источник 2 изме-! ряемого тока подключены к общей шине. Катоды светодиодов вместе с коллекторами транзисторов 3-1-3-и подсоединены к точкам соединения полупроводниковых диодов 4-1 - 4-и последовательной диодной цепочки, включаемой между коллектором первого транзистора 3-1 и общей шиной. Базы транзисторов 3-1-3-п подключены к источнику 5 напряжения смещения, выполненному на стабилитроне 6 и ограничивающем резисторе 7. Эмиттеры транзисторов через токозадающие резисторы 8-1-8-п соединены с шиной 9 питания.

Устройство работает следующим об разом.

Все транзисторы 3-1-3-п. находятся в активном режиме и имеют одина" ковые коллекторные токи

=3 =...3 =3 =3 = ...3

К< К2" К Э д Эп

Uñò 0 бЭ

R где 0 - падение напряжения на стабилитроне 6;

0 = 08 = 0 =0Б =...=Ups — падеЭ >q Э ЗЗ Ä п ния напряжений на база-эмиттерных переходах транзисто" ров 3-1-3-п;

R=R =R =Я ...=.R и - сопротивления резистров 8-1-8-п.

Если измеряемый ток 3> равен нулю, то коллекторный ток транзистора 3-п протекает через диод 4-п и замыкается на общую шину, а коллекторные токи транзисторов 3-3, 3-2 и 3-1 замыкаются на общую шину соответственно через последовательно включенные диоды 4-3,...4-п; 4-2, 4-3,...4-п и

4-1, 4-2, 4-3,..., 4-п. Поэтому катоды светодиодов 1-1-1-и имеют разный потенциал.

Пусть измеряемый ток Л„ источника 2 постепенно нарастает. Тогда в первый момент весь ток 3 < 3 кпротекает через светодиод l-1, поскольку на его катоде наиболее отрицательный потенциал, и вызывает свечение этого светодиода. Так как часть коллекторного тока Зу транзистора 3-1 ответ1 вляется через светодиод 1- l, то ток

Зд„=j - 3, протекающий через диод 4-1, уменьшается. При Эк — — 3 весь коллекторный ток транзистора 3-1 протекает через светодиод 1-l, диод 4-1

% 1000 запирается. Это приводит к повышению потенциала точки 10, а следовательно, и потенциала на анодах светодиодов,,поскольку падение напряжения на светодиоде 1-1 остается постоянным. 5

Поэтому Ilpw дальнейшем увеличении входного тока 3 избыточный ток 3<-3g начинает протекать через светодиод

1-2, вызывая его свечение. Яркость свечения постепенно нарастает с уве- в личением З„до тех пор, пока 3õ не станет равным 3 к,„+3к 23к. При этом через ток диода 4-2Ъ 23 < - 3хуменьшается до нуля. Диод 4-2 запирается, а потенциалы точек 10"1-2 повышаются настолько, что вызывают отпирание светодиода 1-3. Избыточный ток 3„-23к начинает протекать через светодиод

1-3. Когда ток 3 превысит значение

33, загорится четвертый светодиод 20 и т.д.

Таким образом, число загорающихся светодиодов прямо пропорционально величине измеряемого тока 3х. При этом по яркости свечения последнего светящегося светодиода можно судить о том, какая часть тока от номинального значения 3> через него протекает.

Если в устройстве используются идентичные светодиоды, то путем сравнения30 яркости свечения последнего светящегося светодиода с номинальной яркостью свечения аоседнего светодиода можно оценить величину тока через последний светодиод.

Изменение величины измеряемого тока 3< we приводит в предлагаемом устройстве к изменению коллекторных и базовых. токов транзисторов, а следовательно, и величины тока, потребляемого от источника смещения. Это повышает точность и стабильность устройства. В процессе работы транзисторы не входят в режим насыщения, так как потенциалы на их коллекторах могут только повышаться, а напряжения 0К увеличиваться сравнительно с исходнйм значением UIIg jIl> 0 при

3х =О. Следовательно, быстродействие устройства повышается.

С целью упрощения микросхемного исполнения устройства вместо отдельных транзисторов с токозадающими ре-. зисторами используют многоколлекторный транзистор (фиг.2 }. Эмиттер многоколлекторного транзистора 13 через

55 резистор 14 подключен к источнику 9 питания, а его база - к источнику смещения, выполненному на резисторе

926 4

8 и транзисторной структуре 15. Коллекторы транзистора 13 подключены к катодам светодиодов 1-1-1-и и точкам соединения коллекторных либо эмит" терных переходов транзисторных структур 16-1-16-п, включенных последова" тельно между первым коллектором многоколлекторного транзистора 13 и общей шиной.

Инжектируемый эмиттером ток, ве" личина которого задается сопротивлением резистора 14, распределяется между коллекторами многоколлекторного транзистора 4 пропорционально площадям коллекторов. Для того, чтобы погрешность от нелинейности выходной характеристики измерителя из-за разброса коллекторных токов в устройстве на 10 светодйодах не превышала 1,53, необходимо обеспечить разброс площадей, занимаемых коллекторами транзистора 4, не более

153. Реальный разброс коллекторных токов многоколлекторного транзисто" ра микросхем обычно значительно меньше, поэтому замена отдельных изолированных транзисторов на многокол- . лекторный не приводит к потере точности устройства. Транзисторые струк . туры 16-1-16-и выполняют функциюдиод-, ной цепочки. Принцип работы устройства, схема которого приведена на фиг.1, не отличается от принципа работы устройства, схема которого показана на фиг. l.

Применение многоколлекторного транзистора позволяет резко сокра-. тить площадь щита микросхемы, поскольку площади, занимаемые отдельным изолированным транзистором и многоколлекторным, близки по величине ° Экономятся также площади,, которые должны были бы занимать резисторные структуры. Наряду с сокращением числа технологических операций и количества применяемых при этом фотошаблонов это значительно упрощает задачу микросхемного выполнения измерителя тока с оптичес" кой шкалой. В предлагаемом устройстве вместо отдельных светодиодов

l-1-1-п можно использовать светодиодную матрицу, имеющую общий анод (либо катод }.

Экономическая эффективность от использования предлагаемого устройства обусловлена возможностью применения его там, где применение стрелочных приборов вызывает затрудне1000 ние, например, на объектах с повышенными механическими вибрациями и ударными нагрузками, в .качестве малогабаритных индикаторов уровня и настройки в переносных радиотехничес- 3 ких приборах, в мнемосхемах диспетчерских пультов и т.п.; упрощением технологии изготовления при серийном выпуске и исключением необходимости их периодической проверки и ® настройки ° формула изобретения

1. Устройство для измерения тока,. содержащее и светодиодов, источник измеряемого тока, цепочкУ из и последовательно и согласно включенных полупроводниковых диодов и и транзисторов, эмиттеры которых через ре" зисторы подключены к шине питания, а базы - к параметрическому стабилизатору напряжения смещения, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности, одноименные электроды светодиодов объединены и через источник измеряемого тока подключены к общей шине, а коллекторы транзисторов сов- 30

926 8 местно с вторыми электродами этих светодиодов подключены непосредственно к точкам соединения диодов последовательной цепочки, включаемой между общей шиной и коллектором первого транзистора.

2. Устройство по и. 1, о т л и " ч а ю щ е е с я тем, что и транзисторов выполнены в виде многоколлекторного транзистора, эмиттер которого через токозадающий резистор подключен к шине питания, база - к параметрическому стабилизатору напряжения, выполненному на транзисторной структуре, à его коллекторы вместе с катодами светодиодов подключены к точкам соединения последовательно включенных коллекторных либо эмиттерных переходов транзисторных структур, включаемых в качестве диодной цепочки между первым коллектором многоколлекторного транзистора и общей шиной.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Приборы и техника эксперимента, 1972, t1 1, с. 143.

2. Авторское свидетельство СССР

Н 687401, кл. G 01 R 19/00, 1976.

1000926

Составитель T. Веремейкина

Редактор А.Лежнина Texpeg_#_.Кастелевич Корректор В.Бутяга

Ю

Заказ 1372/47 Тираж 708 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4