194628. lajstromszámú szabadalom • Villamos kapcsolási elrendezés mérőátalakítók áramstabilizálására
1 194 628 2 A találmány tárgya villamos kapcsolási elrendezés mérőátalakítók, főleg mérés- és automatizálástechnikai mérőtranszformátorok áramstabilizálására és feszültségerősítésére. A találmány szerinti kapcsolási elrendezés segítségével különböző típusú elektromos kimenőjelek (kimenőáramok, kimenőfeszültségek és ellenállásváltozások) elektromos egységjelié alakíthatók át, és erősíthetők. Az ismert mérőátalakító villamos kapcsolásokban méréstartományillesztésre vagy ellenállások feszültségváltoztatására többnyire bemeneti kapcsolásként bekötött hídkapcsolásokat alkalmaznak, amelyek általában teljes hídként, félhídként, illetőleg feszültségosztóként vannak kialakítva. Ismert például a 159 279 számú DD szabadalmi leírás szerinti áramstabilizáló kapcsolási elrendezés, amelynek azonban még az áramkörintegráció kihasználása mellett is több hiányossága van. A kapcsolási elrendezés egyes funkciós csoportokra (például kettős-áramforrás, referenciaelem, középfeszültségelőállítás, méréstartománykapcsolás, vagy erősítés) történő kapcsolástechnikai felosztása következtében a kapcsolásintegráció során különböző technológiákat kel! összevonni. Az egyes építőelemek száma szokásos körülmények között igen magas. A megoldás további hiányossága, hogy a definiált 4 és 20 tnA közötti egységjel az egyes funkciós csoportokban különböző teljesítményekké lesz átalakítva. Különösen a középfeszültségelőállításnál a vezérlésfüggő 0 és 16 mA közötti jel ugyancsak vezérlésfüggő felmelegedést vált ki, aminek következtében várhatóan az egész áramkörben driftproblémák jelentkezhetnek. Ez a hiba csak úgy küszöbölhető ki, ha a kapcsolási elrendezés középfeszültségelőállítás nélkül van realizálva. Ez azonban lehetetlenné teszi a mérőjelek erősítésére műveleti erősítők alkalmazását, ami viszont ugyancsak hátrányos. Nemkívánatos hatást okoz a fenti kialakításnál még az is, hogy a referenciaelem és a középfeszültségelőállítás miatt a méréstartománykapcsolást befolyásoló keresztirányú áramveszteségek lépnek fel, és ezért a méréstartománykapcsolásban az érzékelőjelek illesztéséhez szükséges 4 mA alapáram nem áll teljes mértékben rendelkezésre. Különösen ellenállás/feszültség-átalakítók (például érzékelőként alkalmazott ellenálláshőmérő) esetében az erősítendő feszültségjel a méréstartománykapcsolásban ezáltal csökken. A 135 303 számú DD szabadalmi leírás az aktív elemek és a méréstartománykapcsolás egyesítését javasolja. Ennél a megoldásnál a méréstartományillesztést aktív hídkapcsolással oldják meg. A kapcsolás hőmérsékletstabilizálását az áramtükör és ezáltal a két bázis-emitter-átmenet biztosítja. A fenti szabadalmi leírás szerint ugyan az elért hőmérsékletstabilitás kielégítő, és aktív áramforrások is rendelkezésre állnak, a méréstartományt meghatározó ellenállások szempontjából azonban ez a kapcsolás passzív, vagyis a betáplált áram csupán feszültségesést eredményez, amelyet külön kell feldolgozni. A találmánnyal célunk a fenti hiányosságok kiküszöbölése, a technikai paraméterek egyidejű javítása és az építőelemfelhasználás, valamint az előállítási ráfordítások jelentős csökkentése mellett. A megoldandó feladat ennek megfelelően olyan, mérőátalakítókon belüli áramstabilizálásra és feszültségerősítésre alkalmas kapcsolási elrendezés kialakítása, amely lényegesen kisebb kapcsolási- és építőelem-felhasználás mellett miniatürizált mérőáta’akító megvalósítását teszi lehetővé, fokozott megbízhatóságot biztosít, továbbá a kapcsolás vezér'ésfüggő felmelegedését minimális értéken tartja, és a mérőkapcsolás számára áramveszteségek nélküli, 4 mA értékű alapáramot biztosit. A kitűzött feladatot olyan villamos kapcsolási elrendezés kialakításával oldottuk meg, amelynek önmagában ismert kettős-áramforrása, első áramtükre és kétágú méréstartománykapcsolása van, amelynek egyik ága mérőellenállást, másik ága kcmpenzálóellenállást tartalmaz. A találmány szerint a méréstartománykapcsolás kompenzálóellenáliást tartalmazó ágára végfokozat csatlakozik, a kettős-áramforrás pedig az első áramtükör tranzisztorainak kollektoraira van kötve. Az első tranzisztor bázis - kollektor - rövidzárral van ellátva. Az első áramtükör mindkét tranzisztorának emittere második, az elsőhöz hasonló felépítésű áramtükrön keresztül a méréstartománykapcsolással van összekötve. A végfokozat vezérlése céljából a végfokozat az első áramtükör második, bázis - kollektor — rö\idzár nélküli tranzisztorának kollektorával van összekötve. Az első áramtükör első, bázis - kollektor — rövidzárral ellátott tranzisztorának emittere a második áramtükör első, bázis - kollektor - rövidzárat nem tartalmazó tranzisztorának kollektorára van kötve, amelynek emittere a méréstarománykapcsolás kompenzálóellenállást tartalmazó ágára csatlakozik. Az első áramtükör második, bázis — kollektor - rövidzárat nem tartalmazó tranzisztorának emittere a második áramtükör második bázis - kollektor - rövidzárt tranzisztorának kollektorára van kötve, amelynek emittere a méréstartománykapcsolás mérőellenállást tartalmazó ágára csatlakozik. A méréstartománykapcsolás két ágának közös pontja tápfeszültségre van kötve. A kettős-áramforrás az első áramtükör két tranzisztorának kollektorait azonos árammal táplálja. A méréstartománykapcsolásban jelentkező érzékelőjel-változás, azaz a mérőellenállás értékének megváltozása hatására az egész kapcsolás vezérlése első áramtükör második tranzisztorának emitterén keresztül történik. A kettős-áramforrás ekkor nagyértékű terhelőellenállásként szerepel, ennek következtében a kapcsolás nagy üresjárási erősítésű feszültségerősítőként fog működni. A végfokozaton és a méréstartománykapcsolás kompenzálóellenállásán keresztül az első áramtükör tranzisztorainak emittereí az elrendezés üresjárási erősítése által meghatározott maradék értéktől eltekintve azonos potenciálra állnak be. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
