Датчик струму шини живлення

Винахід належить до електротехніки і може використовуватись у вимірювальних ланцюгах постійного та змінного струму. Існує відомий пристрій /див. а.с. СРСР №1499428, кл. H03F3/45, G01R19/00/, який містить перший, другий і третій транзистори, чотири резистора, джерело опорної напруги, шину живлення, першу і другу вихідні шини. Недолік цього пристрою - низька надійність та наявність джерела живлення. Найбільш близьким до передбачуваного винаходу є пристрій /див, рішення від 25.03. 03 про видачу, деклараційного патенту України по заявці №2002097381 від 11.09.02/, який містить перший р-n-р і другий n-р-n транзистори, перший, другий і третій резистори, шину живлення, першу і другу вихідні шини, бази першого і другого транзисторів з'єднані між собою, їх колектори підключені відповідно до першої і другої вихідним шинам та з'єднані між собою через перший резистор, другий резистор послідовно з'єднано з шиною живлення, емітер другого транзистора підключено до першого виводу другого резистора, а емітер першого транзистора через третій резистор підключено до другого виводу другого резистора. Недолік цього пристрою - робота тільки на постійному струмі. Ознаками прототипу, які збіжні зі суттєвими ознаками винаходу, який заявляється є: перший р-n-р транзистор, другий n-р-n транзистор, перший, другий і третій резистори, шина живлення, перша і друга вихідні шини, при цьому бази першого і другого транзисторів з'єднані між собою, їх колектори підключені відповідно до першої і другої вихідним шинам та з'єднані між собою через перший резистор, перший вивід другого резистора з'єднано з шиною живлення. Причиною, яка перешкоджає одержанню бажаного результату - можливості роботи пристрою не тільки на постійному, але й на змінному струмі - є відсутність доповнюючих елементів, з'єднаних з іншими елементами пристрою певними схемотехнічними рішеннями. В основу винаходу поставлено задачу розширення функціональних можливостей пристрою шляхом забезпечення його роботи як на постійному, так й на змінному струмі. Поставлене завдання вирішується таким чином, що датчик струму шини живлення містить перший р-n-р транзистор, в котрий проваджено додатковий емітер, другий n-р-n транзистор, перший, другий, третій і четвертий резистори, перший і другий діоди, шину живлення, першу і другу вихідні шини, бази першого і другого транзисторів з'єднані між собою, їх колектори підключені відповідно до першої і другої вихідним шинам та з'єднані між собою через перший резистор, перший вивід другого резистора з'єднано з шиною живлення, та через перший діод підключено до додаткового емітера першого транзистора, перший вивід четвертого резистора з'єднано з другим виводом другого резистора і через третій резистор підключено до емітера другого транзистора, другий і четвертий резистори послідовно з'єднані з шиною живлення, при цьому другий вивід четвертого резистора через другий діод з'єднано з емітером першого транзистора. Датчик струму шини живлення відрізняється від прототипу тим, що до нього впроваджені четвертий резистор, перший і другий діоди, а в перший транзистор впроваджено додатковий емітер, котрий через перший діод з'єднано з першим виводом другого резистора, перший вивід четвертого резистора з'єднано з другим виводом другого резистора і через третій резистор підключено до емітера другого транзистора, другий і четвертий резистори послідовно з'єднані з шиною живлення, при цьому другий вивід четвертого резистора через другий діод з'єднано з емітером першого транзистора. Доказом наявності причинно-наслідкового зв'язку між сукупністю суттєвих ознак винаходу з технічним результатом є та обставина, що технічний результат - розширення функціональних можливостей пристрою шляхом забезпечення його роботи як на постійному, так й на змінному струмі - може бути досягнутим тільки при використовуванні всієї сукупності суттєвих ознак виходу. У відсутності в технічному рішенні хоча б однієї суттєвої ознаки, технічний результат не досягається. На кресленні (див.фіг.) зображена схема датчика струму шини живлення. Датчик струму шини живлення містить перший 1 р-n-р транзистор, в котрий проваджено додатковий емітер, другий 2 n-p-n транзистор, перший З, другий 4, третій 5 і четвертий 6 резистори, перший 7 і другий 8 діоди, шину 9 живлення, першу 10 і другу 11 вихідні шини, бази першого 1 і другого 2 транзисторів з'єднані між собою, їх колектори підключені відповідно до першої 10 і другої 11 вихідним шинам та з'єднані між собою через перший 3 резистор, перший вивід другого 4 резистора з'єднано з шиною 9 живлення, та через перший 7 діод підключено до додаткового емітера першого 1 транзистора, перший вивід четвертого 6 резистора з'єднано з другим виводом другого 4 резистора і через третій 5 резистор підключено до емітера другого 2 транзистора, другий 4 і четвертий 6 резистори послідовно з'єднані з шиною 9 живлення, при цьому другий вивід четвертого 6 резистора через другий 8 діод з'єднано з емітером першого 1 транзистора. Датчик струму шини живлення працює таким чином. У відсутності струму в шині 9 живлення падіння напруги на резисторах 4 і 6 дорівнюватиме нулю й транзистори 1 і 2 обезструмуються. Для нормальної роботи пристрою необхідно, щоб опір резисторів 4 і 6 був однаковим. Тоді падіння напруги на резисторах 4 і 6 при протіканні струму через шину 9 буде однаковим. Припустимо, що через шину 9 протікає постійний струм у напрямку зліва направо (див. фіг.). Тоді на резисторах 6 і 4 виникає падіння напруги. При цьому на другому виводу резистора 6 буде позитивний потенціал відносно його першого виводу. Коли падіння напруги на цьому резисторі досягає означеної величини (для кремнієвих транзисторів і діодів ³ 1.8 вольта), то через емітерні переходи транзисторів 1 і 2 протікає струм. Транзистори 1 і 2 працюють у інжекційному режимі. За рахунок надлишкового заряду дірок у колекторі транзистора 1 виникає позитивний інжекційний потенціал, а за рахунок надлишкового заряду електронів у колекторі транзистора 2 виникає негативний потенціал. Між колекторами транзисторів 1 і 2 виникає інжекційна напруга. У міліамперному діапазоні струмів має місце лінейна залежність вихідного струму (струм, який протікає через резистор 3) від вхідного струму (струм, який протікає через діод 8 та емітерні переходи транзисторів 1 і 2). В цей час на першому виводу резистора 4 буде негативний потенціал відносно його другого виводу. Тому діод 7 та додатковий емітер транзистора 1 будуть зміщені в зворотному напрямку. Коли направлення протікання постійного струму в шини 9 змінюється, то й полярність падіння напруги на резисторах 4 і 6 також змінюється. На першому виводі резистора 4 буде позитивний потенціал відносно його другого виводу. Коли падіння напруги на цьому резисторі досягає означеної величини ( ³ 1.8 вольт), то струм протікає по ланцюгу: діод 7, перехід додатковий емітер-база транзистора 1, емітерний перехід транзистора 2, резистор 5. Між колекторами транзисторів 1 і 2 виникає інжекційна напруга. Діода 8 і емітерний перехід транзистора 1 в цей час зміщені в зворотному напрямку, так як на другому виводу резистора 6 буде негативний потенціал відносно його першого виводу. Таким чином, незалежно від направлення струму, який протікає через шину 9, датчик виконує свою функцію. Таким же чином протікає процес при подачі на шину 9 напруги змінного струму. Діоди 7 і 8 перешкоджають протіканню струму між емітерами транзистора 1. Функціональні можливості запропонованого датчика струму шини живлення ширше, ніж у відомих за рахунок можливості роботи як на постійному, так й на змінному струмі.