Регулятор температуры

(19) (И) 31% С 05 Р 23(19 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ т ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 1056141, кл. С 05 0 23/19, 1982(54)(57) РЕГУЛЯТОР ТЕМЛЕРАТУРЫ по авт.св, У 1056141, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения его точности и надежности, в него введены первый и второй операционные усилители, первый, второй и третий стабилитроны, второй и третий делители напряжения источника питания, делитель напряжения обратной связи, первый, второй, третий, четвертый и пятый резисторы, причем первый вход первого операционного усилителя подключен к точке соеди. нения датчика и эадатчика температуры, второй вход - к выходу второго делителя напряжения источника питания, а выход - к базе первого транзистора, первый вход второго операционного усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, подключенк выходу делителя напряжения обратной связи, входы которого подключены соответственно к коллекторам девятого и десятого транзисторов, которые соединены с полюсами источникапитания через первый и второй резисторы, ко второму входу второго операционного усилителя подключен выходтретьего делителя напряжения источника питания, а выхоц второго операционного усилителя через встречновключенные первый и второй стабилитроны, параллельно которым включентретий резистор, подключен ко второму входу первого операционного усилителя, четвертый резистор, третийстабилитрон и пятый резистор соединены последовательно и включены между полюсами источника питания, причем электроды третьего стабилитронаподключены к датчику и задатчикуФемпературы соответственно, 1 11123Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для автоматического регулирования темпера; туры посредством термоэлектрических элементов, например, для стабилизации температуры элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА).По основному авт.св, Р 105 б 141 известен регулятор температуры 1,Недостатками известного регулятора температуры являются наличие зоны нечувствительности к сигналам рассогласования, находящимся в диапазоне статических потенциалов базаэмиттер, первого и второго транзисторов регулятора, а также зацисимость чувствительности регулятора от разброса коэфФициентов передачи транзисторов, что снижает точность регулирования, 20Кроме того, регулятор имеет недостаточную надежность из-за отсутствия з ащиты от коротких з амыка ний в цепи нагрузки.25Целью изобретения является повышение точности и надежности.Указанная цель достигается тем, что в регулятор температуры введены первый и второй операционные усилители, первый, второй и третий стабилитроны, второй и третий делители напряжения источника питания, делитель напряжения обратной связи, первый, второй, третий, четвертый и пятый резисторы, причем первый вход 35 первого операционного усилителя подключен к точке соединения датчика и задатчика температуры, второйвход - к выходу второго делителя напряжения источника питания, а вы ход - к базе первого транзистора, первый вход второго операционного усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, подключен к выходу делителя напряжения обратной связи. 45 входы которого подключены соответственно к коллекторам девятого и десятого транзисторов, которые соединены с полюсами источника питания через первый и второй резисторы, ко второ му входу второго операционного усилителя подключен выход третьего делителя напряжения источника питания, а выход второго операционного усили теля, через встречно включенные пер вый и второй стабилитроны, параллельно которым включен третий резистор, подключен ко второму входу первого 50 1операциоццого усилителя, четвертый резистор, третий стабилцтроц и пятый резистор соедицецы последовательно и включены между полюсами исТочника питания, причем электроды третьего стабилитрона подключены к датчику и задатчитемпературы соответственно.На Фиг, 1 изображена принципиальная электрическая схема регулятора температуры, на фиг, 2 - зависимость тока термоэлектрической батареи от температуры для известного регулятора, на фиг. 3 - зависимость тока термоэлектрической батареи от температуры предлагаемого регулятора температуры,Предлагаемый регулятор температуры содержит датчик 1 и задатчик 2 температуры операционный усилитель 3, первый транзистор 4 (и-р-и типа) и второй транзистор 5 (р-п-р типа) базы которых соединены с выходом операционного усилителя 3, а эмиттеры - с выходом первого делителя напряжения 6 источника питания, третий транзистор 7 (р-О-р типа), база которого соединена с коллектором первого транзистора 4 и через резистор - с собственным эмиттером и положительным полюсом источника питания, четвертый транзистор 8 (ц-р-цтипа), база которого соединена с коллектором второго транзистора 5 и через резистор - с собственным эмиттером и отрицательным полюсом источника питания (общим проводом), пятый транзистор 9 (р-и-р типа), база которого соединенз через один резистор с коллектором четвертого транзистора 8, а через другой - с собственным эмиттером и положительным полюсом источника питания, первый диод 10, анод которого соединен с коллектором третьего транзистора 7, шестой транзистор 11 (и-р- типа), база которого соединена через один резистор с коллектором третьего транзистора 7, а через другой - с собственным эмит" тером и общим выводом источника питания, второй диод 12, катод которого соединен с коллектором четвертого транзистора 8, седьмой транзистор 13 (и-ртипа), база которого соединена с коллектором пятого транзистора 9 и через резистор с собственным эмиттером, а коллектор - с положительным полюсом источника пита3 11123 ния, восьмой транзистор 14 (р-и-р типа), база которого соединена с коллектором шестого транзистора 11 и через резистор с собственным эмиттером, коллектор - с общим выводом источника питания, термоэлектрическая батарея 15, первый вывод которой соединен с эмиттерами "едьмого 13 и восьмого 14 транзисторов, девятый транзистор 16 (и-р-и типа), база которо О го соединена с катодом первого диода 10 и через резистор - с собственным эмиттером, десятый транзистор 17 (р-и-р типа), база которого соединена с анодом второго диода 12 и через резистор с собственным эмиттером, а эмиттер соединен с эмиттером девятого транзистора 16 и вторым выводом термоэлектрической батареи 15, первый резистор 18, первый вывод которого 2 О соединен с положительным полюсом источника питания, а второй вывод - с коллектором девятого транзистора 16, второй резистор 19, первый вывод которого соединен с общим выводом 25 источника питания, а второй - с коллектором десятого транзистора 17, делитель 20 напряжения обратной связи, первый и второй выводы которого 1соединены с коллекторами девятого 16 и десятого 17 транзисторов соответственно, второй операционный усилитель 21, первый вход которого соединен с выходом делителя 20 напряжения обратной связи, второй дели тель 22 напряжения источника питания, первый 23 и второй 24 стабилитроны, соединенные одноименными электродами (например, катодами), третий резистор 25, параллельно которому включе О ны одноименные выводы первого 23 и второго 24 стабилитронов (аноды),Ю кроме того, третий резистор 25 соединяет выход второго операционного усилителя 21 со вторым входом перво го и выходом второго делителя 22 напряжения источника питания, третий делитель 26 напряжения источника питания, выход которого соединен со вторым входом второго операционного усилителя 21, охваченного отрицательной обратной связью с выхода на один из входов, четвертыйрезистор 27, первый вывод которого соединен с положительным полюсом источника 55 питания, пятый резистор 28, первый вывод которого соединен с общим выводомисточника питания, третий 50 4стабилитрон 29, катод которого соединен с задатчиком температуры 2 ивторым выводом четвертого резистора27, а анод - с датчиком 1 температуры и вторым выводом пятого резистора 28,Регулятор температуры работаетследующим образом.Когда окружающая температура выше заданного уровня, то сопротивление датчика 1 температуры меньшесопротивления задатчика температуры2 и на первом входе первого операционного усилителя 3 потенциал уменьшится относительно того, который биппри равных сопротивлениях датчика1 и задатчика 2 температуры, и равен 1/2 Ц , где Оп - напряжение между полюсами источника питания,Появившееся смещение потенциала первого входа первого операционного усилителя 3 относительно 1/2 0 можносчитать отрицательным, так как потенциал уменьшился.Первый операционный усилитель 3,сравнивая входной сигнал с потенциалом выхода второго делителя напряжения источника питания и усиливаяразницу их потенциалов, обеспечивает наличие на своем выходе потенциала, близкого к потенциалу положительного полюса источника питания,он открывает первый транзистор 4,третий транзистор 7 и шестой транзистор 11. Эти открытые транзисторыобеспечивают открывание девятого 16и восьмого 14 транзисторов.указанные открытые транзисторы обеспечивают протекание тока через термоэлектрическую батарею 15 по цепи: положительный полюс источника питания - первый резистор 18 - девятый транзистор 16 - термоэлектрическая батарея 15 - восьмой транзистор 14 - отрицательный полюс источника питания.Протекание тока через термоэлектрическую батарею 15 обеспечивает необходимое охлаждение объекта регулирования до заданного уровня. В связи с наличием первого резистора 18 в цепи тока термоэлектрической батареи 15 на коллекторе девятого транзистора 16 будет потенциал на величину 1 т В ниже, чем потенциал положительного полюса источника питания, где 1; - ток термоэлектричес 1 11235010 ЗО кой батареи 15, К - величина сопротивления резистора 18,Потенциал коллектора десятоготранзистора 17 сохранится равнымпотенциалу отрицательного полюса 5источника питания. Это означает, чтона выходе делителя напряжения обратной связи 20 и на первом входе второго операционного усилителя 21 потенциал уменьшится на величину1/2 1 К при неизменном потенциалевторого входа, соединенного с выходом третьего делителя 26 напряженияисточника питания. Сравнивая и усиливая эту разность потенциалов,второй операционный усилитель 21со своего выхода через третий резистор 25 обеспечивает поступление сигнала отрицательной обратной связина выход второго делителя 22 напряжения источника питания и на второйвход первого операционного усилителя 3. Наличие этой отрицательнойобратной свяэи обеспечивает стабилизацию режимов работы элементов регулятора температуры и нормированноеусиление)заданное резистором 25.При возрастании тока термоэлектрической батареи 15 сверх величины1 Б максимального уровня тока)заданного заранее, увеличиваетсясмещение. потенциала коллекторадевятого транзистора 16, увеличивается отрицательное смещение выходаделителя напряжения обратной связи20, увеличивается сигнал обратнойсвязи на выходе второго операционного усилителя 21 до пробоя первогостабилитрона 23,Вследствие такого состояния обес Опечивается передача сигнала обратнойсвязи почти без ослабления на второйвход первого операционного усилителя3 и усиления регулятора температуры. буДет подавлено, так как сигнал от 45датчика 1 и задатчика 2 температурыне может быть больше сигнала обратной связи в силу его ограниченияв ограничителе выполненном на резис)торах 27 и 28 и стабилитроне 29,при этом ток термоэлектрической батареи 15 не будет возрастать сверхустановленной величины 1ткПротекающий через термоэлектричес-,кую батарею ток обеспечивает необходимое охлаждение объекта регулирования до установленного задатчиком 2температурного уровня, т.е. до выравнивания сопротивлений датчика 1и задатчика 2 температуры, При этомбольнему рассогласованию датчика 1и задатчика 2 температуры соответствует больший ток термоэлектрическойбатареи, т.е. регулятором температуры обеспечивается линейная зависимость тока термоэлектрической батареи от входного сигнала (фиг.3). Го;ризонтальные участки зависимостиозначает, что дальнейшее рассогласование температуры датчика 1 и задатчика 2 не вызывает роста тока термоэлектрической батареи..При снижении температуры сопротивление датчика 1 становится больше,чем задатчика 2 температуры, полярность рассогласования на входах первого операционного усилителя 3 изменяется на противоположную, потенциал выходного сигнала первого операционного усилителя 3 становитсяблизким к потенциалу отрицательногополюса источника питания, что приводит к открыванию второго 5, четвертого 8 и пятого 9 транзисторов.Это обеспечивает открывание седьмого13 и десятого 17 транзисторов, чтовызывает протеканпе тока по цепи:положительный полюс источника питания - седьмой транзистор 13 - термоэлектрическая батарея 15 - десятыйтранзистор 17 - второй резистор 19 отрицательный полюс источника питания. Протекающий через термоэлектрическую батарею ток создает падениенапряжения на втором резисторе 19,чем обеспечивает увеличение потенциала коллектора транзистора 17 ивыхода делителя 20 напряжения обратной связи на величину 1/2 К 19 т)где К - величина сопротивления резистора 19,Это приводит к изменению потенциа"ла выходного сигнала второго опера-ционного усилителя 21 при изменившемся потенциале выходного сигнала,т,е. отрицательная обратная связьобеспечивается и в данном случае,При достижении током термоэлектричес"кой батареи 15 в режиме нагревавеличиныувеличится падениеБнапряжения на втором резисторе 19,что обеспечивает возрастание выходного сигнала второго операционногоусилителя 21 до пробоя второго стабилитрона 24,Пробитый второй стабилитрон 24обеспечивает передачу отрицательной711 обратной связи с минимальным ослаблением, чем подавляет усиление 1.егулятора температуры и не допускает дальнейшего возрастания тока термоэлектрической батареи 15,При уменьшении сопротивления термоэлектрической батареи 15 и даже коротком замыкании в ее цепи протекающий в ней ток не сможет возрастать более чем до 1 , так как увелениещахрегулятора температуры уменьшается до величины, значительно меньшей единицы,и тем самым сигнал рассогласования будет подавлен в регуляторе температуры и выходные транзисторы не будут испорчены. Сохраняется при этом и источник питания, который мог быть испорчен режимом короткого замыкания в регуляторе температуры. Не оказывает влияния на сохранение выбранного уровня ограничения тока и возрастание напряжения источника питания, так как при этом не будет смещения ни напряжения пробоя стаби 12350литров, ни уровня ограничения сигнала рассогласования.Таким образом, предлагаемый регулятор осуществляет нагрев и охлаждение термоэлектрической батареи припитании его от одного источника,при том обеспечивается линейная зависимость тока термоэлектриесойбатареи от сигнала рассогласования 10 температуры с помошью отрицательнойобратной связи по току со стабилизацией режимов работы полупроводниковыхэлементов, что повышает точностьрегулирования.15 Кроме того, регулятор температурыобеспечивает ограничение тока .термоэлектрической батареи на заданномоптимальном значении и защиту откороткого замыкания в цепи термо электрической батареи, повышая надежность, что позволяет применятьего в высоконадежных устройствахс ограниченными энергетическими параметрами.251112350 Фие Составитель Г. Крейманедактор П.Коссей . Техред А,Бабинец Корректо ешетник Подпис ноеСР лиал ППП "Патент", г. Ужгород, а. Проектная аз 6458133 Т ВНИИПИ Госуд по делам и 113035, Москва, Жраж 841рственног обретений 35, Раушс комитета открыти я наб.,