184336. lajstromszámú szabadalom • Bemeneti védelemmel ellátott és referenciaáramával közvetlenül tápfeszültségforrást terhelő kialakítású ellenállás/feszültség átalakító kapcsolási elrendezét
1 184 336 2 A találmány tárgya bemeneti védelemmel ellátott és referenciaáramával közvetlenül tápfeszültségforrást terhelő kialakítású ellenállás/feszültségátalakító kapcsolási elrendezés, amely megoldás főként hordozható, telepről működtetett többfunkciós mérőberendezésekben, például kézi digitális multiméterekben alkalmazható. A találmány szerinti kapcsolási elrendezés műveleti erősítőt, referenciafeszültség-forrást és etalon ellenállást foglal magába. A műveleti erősítő invertáló és nem-invertáló bemenete közé ellen-paraiel elrendezésben védődióda pár van kötve. A kapcsolási elrendezésnek bemeneti — mérni kívánt ellenállásra kapcsolható - kapocspáija és kimeneti — mért ellenállásértékkel arányos feszültséget szolgáltató — kapocspáqa van, ahol a bemeneti kapocspár egyik kapcsa és a kimeneti kapocspár egyik kapcsa közös kapocsként a műveleti erősítő kimenetére van csatlakoztatva. A referenciafeszültség-forrás egyik kapcsa a műveleti erősítő neminvertáló bemenetével közösítve a másik kimeneti kapcsot alkotja. Az etalon ellenállás egyik kapcsa a másik bemeneti kapocsra van kötve és a műveleti erősítő invertáló bemenetére csatlakozik. Ellenállás/feszültségátalakítás céljára a szakirodalomból, így például V. Tielze — Ch. Schenk: Analóg és digitális áramkörök c. könyve (Műszaki Könyvkiadó Bp., 1974) 243-244. oldalán közölt ismeretanyagból is közismert, és elterjedten alkalmazott az olyan áramkör, amelynek műveleti erősítője, a műveleti erősítő invertáló bemenete és nem-invertáló bemenete közé sorosan kötött etalon ellenállása és referenciafeszültség-forrása van. Az áramkör bemeneti és kimeneti kapocspárjából az egyik bemeneti és az egyik kimeneti kapocs közös kapocsként a műveleti erősítő kimenetéhez van csatlakoztatva. A másik bemeneti kapocs a műveleti erősítő invertáló bemenetéhez, a másik kimeneti kapocs pedig a műveleti erősítő nem-invertáló bemenetéhez csatlakozik. Az érzékelendő, ill. mérendő ellenállást a közös kapocs és a másik bemeneti kapocs közé kötik. A működtetés során a mérendő ellenálláson a referenciafeszültség-forrás feszültsége és az etalon ellenállás nagysága által meghatározott nagyságú referenciaáram folyik át. Ezáltal a műveleti erősítő kimeneti feszültsége, s ezzel a kimeneti kapcsok között mérhető feszültség arányos a mérendő ellenállás nagyságával. Az ismertetett megoldásnál igen szigorú követelmény, hogy a referenciafeszültség-forrás belső ellenállása kisértékű legyen, mivel a referenciaáram a referenciafeszültség-forrást közvetlenül terheli, s ez az átalakító pontosságát elsődlegesen meghatározza. így a bemutatott átalakítót leginkább szabályozóberendezésekben és olyan mérőátalakítókban alkalmazzák, ahol a mérendő ellenállást egy, az átalakítóba beépített áramköri elem valósítja meg és az áramköri elem ellenállásának nagysága változik külső behatásra, például fény, hőmérséklet, nyomás stb. hatására. Az olyan alkalmazásoknál, például többfunkciós mérőberendezés esetében, ahol a mérendő ellenállás nem beépített áramköri elem, a bemutatott átalakítót az alkalmazás során óhatatlanul fellépő, rendeltetésszerűtől eltérő használat esetén fenyegető kársodástól védeni szükséges. Ilyen rendeltetésszerűtől eltérő használat ál! elő, amikor az átalakító bemeneti kapcsaira aktív kétpólust csatlakoztatnak, például ellenállásmérő állásban tévesen feszültséget vagy áramot kívánnak mérni, vagy a bemeneti kapcsokkal figyelmetlenül, terhelt ellenállásra csatlakoznak, amely az átalakító vonatkozásában a bemeneti ellenállásától függően feszültséggenerátorra, vagy áramgenerátorra rákapcsolásként jelentkezik, továbbá amikor az átalakítót reaktáns kétpólushoz csatlakoztatják, amely károsító áramlökések kialakulását eredményezheti. Az átalakítót a bemeneti kapcsaira kényszerített áram ellen a műveleti erősítő kimenete és a közös kapocs közé iktatott olvadó biztosítékkal vagy pozitív hőmérsékleti együtthatójú termisztorral, a bemeneti kapcsokra kényszerített feszültség ellen pedig a bemeneti kapcsoknak diódák vagy Zéner-diódák útján való összefogásával szokták védeni. Az ilyen megoldású védelemmel ellátott átalakítók alkalmazhatósági köre azonban a használat során fellépő nehézségek miatt szűk. így például az olyan alkalmazásra készített többfunkciós mérőberendezéseknél, leginkább multimétereknél, ahol gyakran változó pontok között egyszer ellenállást, másszor más villamos mennyiséget kell mérni, az olvadóbiztosíték gyakran kiolvad, a termisztor fölmelegszik, és további mérést mindaddig nem lehet végezni, amíg a biztosíték cseréje meg nem történt, vagy a termisztor le nem hűlt. További hátrányosság, hogy habár a bemeneti kapcsok közé kötött diódák az átalakítót a rákényszerített feszültségtől megvédik, de a mérni kívánt kört rövidrezáiják, s ez olyan áramlökés kialakulásához vezethet, amely a mérni kívánt kört károsítja. Ismertek olyan túlfeszültségvédő megoldások is, amelyek terheléssel összekapcsolva a terhelésen átfolyó áramot korlátoznak. Ilyen megoldást tárgyal például a 4 186 418 Ijsz-ú Amerikai Egyesült Államok-beli szabadalmi leírás is, amely ellenállás vagy induktivitás védelmére a védeni kívánt elemmel sorbakötött áteresztő tranzisztort, az áteresztő tranzisztort működtető vezérlő tranzisztort, az utóbbit vezérlő túlfe'szültségérzékelő integrált áramkört, valamint ennek védelmét ellátó diódákat és ellenállásokat magába foglaló áramkört javasol. Az áramkör egyenfeszültségű túlfeszültség ellen önmagában, váltakozófeszültségű túlfeszültség ellen Graetz egyenirányító kapcsolás egyenáramú ágába helyezve kielégítő védelmet nyújt. Hátrányossága, hogy olyan önálló áramkört alkot, amely csak nehezen, vagy egyáltalán nem illeszthető ellenállás/feszültségátalakítóhoz úgy, hogy annak rendeltetésszerű működésekor az átalakításnál számottevő hibát ne okozzon, továbbá az, hogy a működéséhez szükséges árammal (energiával) a védett hálózatrészt az esetben az ellenállás/feszültségátalakítót terheli, ami további átalakítási hibaforrásként jelentkezik. Hátránya még, hogy az áramkör bonyolult felépítésű és költséges. Az ismertetett ellenállás/feszültségátalakító, valamint a hozzá alkalmazható védőáramkörök hátrányosságai feladattá tették, főként többfunkciós mérőberendezésekhez, leginkább kézi, telepes digitális multiméterekhez való alkalmazásra egy olyan ellenállás/feszültségátalakító kapcsolási elrendezés kialakítását, amely széles, több nagyságrendet átfogó ellenállástartományban azonos pontossággal működik, továbbá a rendeltetésszerű használat során előforduló rákényszerített mind egyes, mind váltakozó jellegű feszültséggel és árammal szemben olyan védelemmel rendelkezik, amely egyrészt az átalakítót védi, másrészt a védelem aktivizálódása a csatlakoztatott áramkört nem terheli. A találmányt egyrészt azon a felismerésen alapul, hogy a több nagyságrendet átfogó ellenállástartomány-5 1C 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 •35 2
