Область техники

Заявляемый способ относится к области электротехники и электроники и предназначен для управления изменением сопротивления участка электрической цепи с помощью электронных средств.

Предшествующий уровень техники

Из уровня техники известны решения для электронного управления сопротивлением участка электрической цепи, использующие переменные резисторы, управляемые напряжением. Например, одно из таких решений: электронный резистор, состоящий из полевого транзистора, описано в книге У. Титце, К. Шенк «Полупроводниковая схемотехника» (Москва, Мир, 1982г.), рис. 5.19. Управляющее напряжение подают непосредственно на вход электронного резистора, которым является затвор полевого транзистора. При изменении управляющего напряжения изменяется сопротивление канала полевого транзистора, благодаря чему осуществляется управление сопротивлением участка электрической цепи (а, следовательно, и напряжением, током и мощностью полезных электрических сигналов в этой цепи).

Общими признаками предлагаемого технического решения и указанного аналога являются:

- использование электронного резистора, содержащего высокопотенциальный и низкопотенциальный выводы в выходной цепи упомянутого электронного резистора;

- подача управляющего напряжения на вход электронного резистора;

- формирование тока в упомянутой выходной цепи упомянутого электронного резистора.

Недостатками известного решения являются: узкий диапазон напряжений, в котором имеет место приблизительно линейная зависимость

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) между управляющим напряжением и сопротивлением электронного резистора; большой разброс характеристик управления, что не позволяет получить достаточную точность установки номинала резистора; температурная зависимость характеристик управления, что не позволяет получить стабильные характеристики в диапазоне температур.

Известно также техническое решение, согласно которому для электронного управления сопротивлением участка электрической цепи подают управляющее напряжение на вход электронного резистора, содержащий высокопотенциальный и низкопотенциальный выводы, преобразуют это управляющее напряжение, подают его на вход МОП- транзистора, и осуществляют управление МОП-транзистором с помощью управляющего напряжения. Тем самым изменяется сопротивление канала МОП-транзистора, благодаря чему изменяется ток в выходной цепи упомянутого электронного резистора, а также степень шунтирования МОП- транзистора резистором номинала Яш, включённым непосредственно в выходную цепь параллельно МОП-транзистору. В результате сопротивление электронного резистора изменяется от величины Яш при закрытом МОП- транзисторе до практически нуля при полностью открытом МОП- транзисторе, и таким образом происходит управление сопротивлением участка электрической цепи. Указанное техническое решение изложено в патенте РФ N°2658681, МПК G05F 1/59, опубликован 22.06.2018.

Общими признаками предлагаемого технического решения и рассматриваемого аналога являются:

- использование электронного резистора, содержащего высокопотенциальный и низкопотенциальный выводы в выходной цепи упомянутого электронного резистора;

- подача управляющего напряжения на вход электронного резистора.

- преобразование управляющего напряжения;

2

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) - формирование тока в упомянутой выходной цепи упомянутого электронного резистора.

Недостатком известного решения являются недостаточная точность управления сопротивлением участка электрической цепи, особенно при воздействии дестабилизирующих факторов (например, температуры окружающей среды).

В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) выбрано техническое решение, раскрытое в описании изобретения SU1807554, МПК H03G3/30, опубликовано 30.10.89 г. В известном решении для управления сопротивлением участка электрической цепи преобразуют напряжение на высокопотенциальном выводе электронного резистора, совместно с преобразованием двух управляющих напряжений, поступающих на первый и второй выводы электронного резистора, причём в результате преобразования формируют промежуточный сигнал, значение указанного промежуточного сигнала равно произведению значения напряжения на высокопотенциальном выводе электронного резистора, на частное от деления значений двух управляющих напряжений друг на друга. Сформированный таким образом промежуточный сигнал подают на образцовый резистор (который выполняет функцию измерительного резистора), замыкают цепь протекания тока промежуточного сигнала через измерительный резистор на общий провод через ограничительный резистор и тем самым изменяют сопротивление участка электрической цепи обратно пропорционально величине одного из управляющих напряжений.

Общими признаками предлагаемого технического решения и прототипа являются:

- использование электронного резистора, содержащего высокопотенциальный и низкопотенциальный выводы и измерительный резистор между з

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) упомянутыми высокопотенциальным и низкопотенциальным выводами в выходной цепи упомянутого электронного резистора;

- преобразование напряжения на высокопотенциальном выводе электронного резистора, совместно с преобразованием двух управляющих напряжений; формирование промежуточного сигнала, значение указанного промежуточного сигнала равно произведению значения напряжения на высокопотенциальном выводе электронного резистора, на частное от деления значений управляющих напряжений, поступающих на первый и второй выводы электронного резистора, друг на друга;

- формирование тока в упомянутой выходной цепи упомянутого электронного резистора через упомянутый измерительный резистор.

В известном техническом решении-прототипе ток, протекающий через измерительный резистор, замыкается на общий провод, как указано выше, через ограничительный резистор. Поэтому на практике существует зависимость величины сопротивления электронного резистора, от величины сопротивления ограничительного резистора. И пренебречь этой составляющей возможно только при условии, что сопротивление измерительного резистора во много раз больше сопротивления ограничительного резистора. Следовательно, сопротивление электронного резистора, в техническом решении-прототипе невозможно получить достаточно малым, что часто необходимо на практике.

Раскрытие сущности изобретения

Задачей заявляемого решения является преодоление недостатков известных решений и создание способа электронного управления сопротивлением, который обеспечивает точную установку требуемого значения сопротивления при высокой устойчивости к воздействию

4

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) дестабилизирующих факторов, в том числе при изменении температуры в широких пределах.

Технический результат, который невозможно достичь ни одним из известных решений, заключается в расширении диапазона значений номинального сопротивления электронного резистора, преимущественно в сторону малых его значений, при этом может быть достигнуто настолько малое сопротивление участка электрической цепи, где включён электронный резистор, как это только возможно с точки зрения технической реализации, при высокой устойчивости к воздействию дестабилизирующих факторов.

Заявленный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе электронного управления сопротивлением участка электрической цепи, содержащего электронный резистор, имеющий высокопотенциальный и низкопотенциальный выводы и измерительный резистор между высокопотенциальным и низкопотенциальным выводами в выходной цепи электронного резистора, подают на входы электронного резистора первое и второе управляющие напряжения, преобразуют напряжение на высокопотенциальном выводе электронного резистора совместно с преобразованием двух управляющих напряжений, причём в результате преобразования формируют промежуточный сигнал. Значение указанного промежуточного сигнала равно произведению величины напряжения на высокопотенциальном выводе электронного резистора на частное от деления значений двух управляющих напряжений друг на друга. Формируют также ток через измерительный резистор в выходной цепи электронного резистора. В отличие от прототипа, напряжение на измерительном резисторе, создаваемое током через измерительный резистор, по цепи обратной связи подают для сравнения с упомянутым промежуточным сигналом.

5

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) В результате сравнения напряжения на измерительном резисторе и промежуточного сигнала получают результирующее напряжение, которым воздействуют на величину тока через измерительный резистор и, тем самым, на величину сопротивления электронного резистора между высокопотенциальным и низкопотенциальным его выводами. Происходит это за счёт изменения сопротивления выходной цепи электронного резистора в соответствии с изменением результата сравнения промежуточного сигнала и напряжения на измерительном резисторе под действием первого и второго управляющих напряжений.

Дополнительное отличие способа заключается в том, что при подаче упомянутых первого и второго управляющих напряжений в цифровой форме преобразуют упомянутое напряжение на упомянутом высокопотенциальном выводе в цифровую форму, получают в результате упомянутого преобразования цифровой промежуточный сигнал и преобразуют упомянутый цифровой промежуточный сигнал в аналоговый промежуточный сигнал.

Указанные отличия позволяют расширить диапазон значений номинального сопротивления электронного резистора, преимущественно в сторону малых его значений, при этом может быть достигнуто настолько малое сопротивление участка электрической цепи, как это только возможно с точки зрения технической реализации, при высокой устойчивости к воздействию дестабилизирующих факторов.

Краткое описание чертежей

Сущность заявляемого технического решения поясняется далее с помощью фигур. На фиг.1 представлен один из возможных вариантов осуществления способа с использованием схемы аналоговой реализации электронного резистора, на фиг.2 - один из возможных вариантов б

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) осуществления способа с использованием схемы цифровой реализации электронного резистора, фиг. 3 и 4 показывают модификации устройств, изображённых, соответственно, на фиг. 1 и 2, а фиг. 5 иллюстрирует зависимость сопротивления электронного резистора от величины управляющего напряжения.

Осуществление изобретения

В целях лучшего понимания заявляемого технического решения приняты следующие определения.

Электронный компонент для преобразования напряжения - компонент электрической цепи, выполненный с возможностью преобразования значений входных напряжений в промежуточный сигнал, значение которого может быть установлено эквивалентным заданному соотношению сигналов от источников управляющих напряжений. Электронный компонент для преобразования напряжения может быть реализован в различных вариантах, в том числе, но не только, с использованием аналоговых интегральных микросхем, микропроцессоров, программируемых логических матриц и т.п.

Электронно-управляемый компонент - компонент электрической цепи, снабженный, как минимум, тремя выводами, один из которых является управляющим входом. Электронно-управляемый компонент может быть реализован в различных вариантах, в том числе, но не только, с использованием транзисторов МОП-типа, биполярных транзисторов (в том числе с изолированным затвором), электро-вакуумных приборов и т.п.

На фиг.1 представлена схема электронного резистора (100), используемого при осуществлении заявленного способа, которая включает электронный компонент (101) для преобразования напряжения, вычитающее устройство (103), выполненное, например, на основе операционного усилителя, измерительный резистор (105) и электронно-управляемый

7

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) компонент (107), как минимум, с тремя выводами. Первый и второй входы (109, 111) электронного компонента (101) для преобразования напряжения подсоединены к выводам (104) и (106) электронного резистора, предназначенным для подключения к первому и второму источникам управляющего напряжения (не показанным на чертеже), соответственно, третий вход (ИЗ) электронного компонента (101) подсоединён к высокопотенциальному выводу (ПО) электронного резистора (100), а выход (115) электронного компонента (101) служит для подачи промежуточного сигнала на вычитающее устройство (103). При этом вывод (102) электронного резистора (100) служит для подачи на него напряжения питания, а вывод (108) служит для подсоединения к общему проводу внешней цепи. Первый (неинвертирующий) вход (117) вычитающего устройства (103) подсоединён к выходу (115) электронного компонента (101) для преобразования напряжения, второй (инвертирующий) вход (119) вычитающего устройства (103) подсоединён к первому выводу (121) измерительного резистора (105), а выход (123) вычитающего устройства (103) служит для подачи управляющего сигнала на электронно-управляемый компонент (107). Электронно-управляемый компонент (107) выполняют, как минимум, с тремя выводами, первый (125) из которых подсоединяют, например, к первому выводу (121) измерительного резистора (105), второй вывод (127), являющийся управляющим входом электронно-управляемого компонента (107), подсоединяют к выходу (123) вычитающего устройства (ЮЗ), а третий вывод (129) электронно-управляемого компонента (107) подсоединяют, например, к высокопотенциальному выводу (ПО) электронного резистора (100). При этом второй вывод (131) измерительного резистора (105) подсоединяют, например, к низкопотенциальному выводу (112) электронного резистора (100) и к выводу (108) электронного резистора

8

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) (100). Высокопотенциальный и низкопотенциальный выводы (110) и (112) служат для включения электронного резистора (100) в электрическую цепь.

Вышеописанный вариант реализации предложенного способа применим в том случае, если управляющие напряжения, поступающие на первый и второй выводы электронного резистора, представлены в аналоговом виде.

Использование при реализации заявленного способа электронно- управляемого компонента (107) обеспечивает протекание через электронно- управляемый резистор (100) такого тока, величина которого соответствует (при данном напряжении, приложенном между высокопотенциальным и низкопотенциальным выводами (110,112) электронного резистора (100) ) требуемой величине сопротивления, вплоть до самых малых его значений.

В случае использования электронного резистора в цифровом варианте реализации (200, см. фиг.2), электронный компонент (201) для преобразования напряжения снабжают аналого-цифровым преобразователем (233), цифровым вычислительным устройством (235), а также цифро- аналоговым преобразователем (237). Вход аналого-цифрового преобразователя (233) подключён ко входу (213) электронного компонента (201), подсоединённому к высокопотенциальному выводу (210) электронного резистора (200). На входы цифрового вычислительного устройства (235) подают управляющие напряжения в цифровом виде с входов (209) и (211) электронного компонента (201) для преобразования напряжения и с выходов аналого-цифрового преобразователя (233). При этом входы (209) и (211) электронного компонента (201) для преобразования напряжения подсоединены к выводам (204, 206) электронного резистора (200), предназначенным для подключения к первому и второму источникам управляющего напряжения (не показанным на чертеже), соответственно. Цифро-аналоговый преобразователь (237) подсоединён своими входами к

9

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) выходам цифрового вычислительного устройства (235), а его выход подключён к выводу (215) электронного компонента (201) для преобразования напряжения.

Выход (215) электронного компонента (201) служит для подачи промежуточного сигнала на вычитающее устройство (203). При этом вывод

(202) электронного резистора (200) служит для подачи на него напряжения питания, а вывод (208) служит для подсоединения к общему проводу внешней цепи. Первый (неинвертирующий) вход (217) вычитающего устройства (203) подсоединён к выходу (215) электронного компонента (201) для преобразования напряжения, второй (инвертирующий) вход (219) вычитающего устройства (203) подсоединён к первому выводу (221) измерительного резистора (205), _, а выход (223) вычитающего устройства

(203) служит для подачи управляющего сигнала на электронно-управляемый компонент (207). Электронно-управляемый компонент (207) выполняют, как минимум, с тремя выводами, первый из которых (225) подсоединяют, например, к первому выводу (221) измерительного резистора (205), второй вывод (227), являющийся управляющим входом электронно-управляемого компонента (207), подсоединяют к выходу (223) вычитающего устройства (203), а третий вывод (229) электронно-управляемого компонента (227) подсоединяют, например, к высокопотенциальному выводу (210) электронного резистора. При этом второй вывод (231) измерительного резистора (225) подсоединяют, например, к низкопотенциальному выводу (212) электронного резистора (200) и к выводу (208) электронного резистора (200). Высокопотенциальный и низкопотенциальный выводы (210) и (212) служат для включения электронного резистора (200) в электрическую цепь.

Когда управляющие напряжения представлены в цифровом виде и поступают, соответственно, на первый и второй выводы (группы выводов) электронного резистора по, как минимум, двум, например одноразрядным,

10

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) шинам цифровых данных, реализация предлагаемого способа сопряжена с осуществлением дополнительных операций. Для формирования вышеупомянутого промежуточного сигнала (значение которого равно произведению значения напряжения на высокопотенциальном выводе (210) электронного резистора (200) на частное от деления значения одного управляющего напряжения на другое управляющее напряжение) преобразуют напряжение на высокопотенциальном выводе (210) электронного резистора (200) в цифровую форму и подают полученные таким образом цифровые коды на вход цифрового вычислительного устройства (235). На другие его входы по, как минимум, двум, например одноразрядным, шинам цифровых данных подают цифровые коды первого и второго управляющих напряжений, поступающих, соответственно, на первый и второй выводы (группы выводов) (209) и (211) электронного резистора (200). Затем преобразуют с помощью цифрового вычислительного устройства (235) цифровые коды напряжения на высокопотенциальном выводе (210) электронного резистора (200) и цифровые коды первого и второго управляющих напряжений в цифровой код промежуточного сигнала. Этот промежуточный сигнал преобразуют в аналоговую форму и так же, как в вышеописанном аналоговом варианте реализации способа, используют для вычитания из промежуточного сигнала напряжения на измерительном резисторе (205) (для их сравнения), а результат вычитания (сравнения) подают на управляющий вход (227) электронно-управляемого компонента (207). В результате и в том случае, когда управляющие напряжения представлены в цифровом виде (см. фиг.2), обеспечивается протекание через· электронно-управляемый резистор (200) такого тока, величина которого соответствует (при данном напряжении, приложенном между высокопотенциальным (210) и низкопотенциальным (212) выводами электронного резистора (200)) требуемой величине сопротивления, вплоть до самых малых значений.

11

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Таким образом, предлагаемый способ управления сопротивлением содержит операции подачи двух управляющих напряжений, преобразования напряжения на высокопотенциальном выводе электронного резистора с использованием значений этих управляющих напряжений, формирования в результате преобразования промежуточного сигнала с последующим вычитанием из промежуточного сигнала напряжения на измерительном резисторе (их сравнением) и подачей результата вычитания (сравнения) на управляющий вход электронно-управляемого компонента, что позволяет управлять сопротивлением электронного резистора, определяющим сопротивление участка электрической цепи (между высокопотенциальным и низкопотенциальным выводами электронного резистора). Это сопротивление при использовании предлагаемого способа изменяется по закону:

RO = UCI * R / U _C2 , (1) где Ro - сопротивление электронного резистора,

R - сопротивление измерительного резистора,

Uci , Uc2 - первое и второе управляющие напряжения, соответственно.

Таким образом, величина R ₀ сопротивления электронного резистора, определяющего сопротивление участка электрической цепи между высокопотенциальным и низкопотенциальным выводами электронного резистора, пропорциональна номиналу R измерительного резистора, который включают последовательно с электронно-управляемым компонентом. Коэффициент пропорциональности при этом равен отношению величины U _j первого управляющего напряжения к величине Uc2 второго управляющего напряжения. Это позволяет применять заявляемый способ для управления сопротивлением участка электрической цепи в устройствах, в которых необходимо управлять сопротивлением как с прямой зависимостью от управляющего напряжения, так и с. обратной, а также с зависимостью от двух изменяемых управляющих напряжений. Благодаря применению при

12

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) реализации способа электронно-управляемого компонента, способного пропускать большие токи, заявляемый способ позволяет использовать не только большие, как в прототипе, но и малые значения номинала измерительного резистора и, следовательно, самого электронного резистора.

Детальное раскрытие изобретения.

Управление сопротивлением участка электрической цепи при использовании электронного резистора (100) согласно фиг.1 (первый вариант) осуществляют согласно предлагаемому способу следующим образом. На выводы (102) и (108) электронного резистора (100) подают напряжение питания и _С с, и на его же выводы (104) и (106) подают, соответственно, первое и второе управляющие напряжения Uci и U ₂ .

Первое и второе управляющие напряжения U _Ci и U _C 2 могут быть сформированы любым известным способом, например, с помощью задатчика, описанного в публикации WO2017/014663 от 26 января 2017г., либо с помощью преобразования широтно-импульсной модуляции в управляющее напряжение, либо с помощью преобразования кода управляющего протокола (например, DALI) в управляющее напряжение. Диапазон значений управляющих напряжений может быть, например, в пределах от 0 В до 2,5 В. Одно из управляющих напряжений, например, второе, может быть постоянным (Uc2 ⁼ Const), тогда выражение (1) принимает вид

R ₀ = R *Uci / Const,

что соответствует прямо-пропорциональной зависимости сопротивления электронного резистора от управляющего напряжения.

С выводов (104) и (106) эти первое и второе управляющие напряжения поступают на первый и второй входы (109) и (11 1) электронного компонента (101) для преобразования напряжения. Одновременно с высокопотенциального вывода (110) электронного резистора (100) на третий

13

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) вход (113) электронного компонента (101) для преобразования напряжения поступает напряжение U соответствующее разности потенциалов между высокопотенциальным (110) и низкопотенциальным (1 12) выводами электронного резистора .

Электронный компонент (101) для преобразования напряжения преобразует напряжения U _Ci , Uc2 и U) таким образом, что на его выходе (1 15) формируется промежуточный сигнал S, значение которого равно произведению значения напряжения на высокопотенциальном выводе электронного резистора, TJ) , на частное от деления значения второго управляющего напряжения U _C 2 на первое управляющее напряжение Uci , что выражается соотношением:

S = U, · U _C2 / U cl (2)

Получение данного значения указанного промежуточного сигнала, которое равно произведению значения напряжения на высокопотенциальном выводе электронного резистора на частное от деления значений управляющих напряжений друг на друга, осуществляют посредством электронного компонента (101) для преобразования напряжения, который может быть реализован любым известным способом, например, по схеме, описанной в How does this analog Op-Amp multiplier-divider work? (https://electronics.stackexchange.corri/qiiestions/325472/h ow-does-this-analog-op- amp-multiplier-divider-work). Сформированный описанным выше образом промежуточный сигнал S с выхода (115) электронного компонента (101) для преобразования напряжения поступает на первый (неинвертирующий) вход (1 17) вычитающего устройства (103), на второй (инвертирующий) вход (1 19) которого с первого вывода (121) измерительного резистора (105) поступает напряжение U ₂ , значение которого равно падению напряжения на измерительном резисторе (105), созданному током 1о электронно- управляемого компонента (107). Благодаря наличию разности потенциалов U _f

14

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) между высокопотенциальным (ПО) и низкопотенциальным (112) выводами электронного резистора (100), в цепи, содержащей:

-высокопотенциальный вывод (110) электронного резистора,

- электронно-управляемый компонент (107),

- последовательно соединённый с ним измерительный резистор (105),

- низкопотенциальный вывод (112) электронного резистора

протекает ток 1 ₀ .

Значение напряжения U ₂ , следовательно, выражается соотношением:

U ₂ = Io - R, (3) где R - номинал измерительного резистора, который может быть выбран таким малым, как это только возможно с точки зрения технической реализации.

С выхода (123) вычитающего устройства (103) на управляющий вывод (127) электронно-управляемого компонента (107) подаётся напряжение, пропорциональное разности промежуточного сигнала S на первом (неинвертирующем) входе (117) вычитающего устройства (103) и напряжения U ₂ на втором (инвертирующем) входе (1 19) вычитающего устройства (103). При этом, если величина промежуточного сигнала S больше, чем величина напряжения U ₂ , то напряжение на управляющем выводе (127) электронно-управляемого компонента (107) открывает электронно-управляемый компонент (107), ток 1 ₀ через него увеличивается, в результате увеличивается напряжение U ₂ . И этот процесс будет происходить до тех пор, пока величина напряжения U ₂ не станет равной величине промежуточного сигнала S.

С другой стороны, если величина промежуточного сигнала S будет меньше, чем величина напряжения U ₂ , то напряжение на управляющем выводе (127) электронно-управляемого компонента (107) будет закрывать электронно-управляемый компонент (107), ток 1 ₀ через него будет

15

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) уменьшаться, в результате будет уменьшаться напряжение U2. И этот процесс будет происходить до тех пор, пока величина напряжения U ₂ не станет равной величине промежуточного сигнала S.

Таким образом, благодаря наличию обратной связи, охватывающей электронно-управляемый компонент (107), измерительный резистор (105) и вычитающее устройство (103), в предлагаемом техническом решении всегда будет выполняться соотношение

S ~ U ₂ (4) Или, подставляя соответствующие значения для S и U ₂ из (2) и (3),

и _С2 · U / Uci = Io · R, (5)

Соотношение (4) устойчиво выполняется при воздействии различных дестабилизирующих факторов, в том числе при изменении температуры в широких пределах, что обеспечивается глубиной упомянутой обратной связи.

Если принять во внимание, что величина сопротивления Ro между высокопотенциальным выводом (ПО) электронного резистора (100) и его низкопотенциальным выводом (112) равна частному от деления напряжения Ui на ток 1 ₀ , протекающий через электронно-управляемый компонент (107) и последовательно соединённый с ним измерительный резистор (105):

Ro = и, / 1о (6) то из соотношений (5) и (6) получаем формулу (1):

Ro ⁼ Uci R / Uc2 _>

Из сказанного следует, что путём формирования промежуточного сигнала на выходе электронного компонента (101) для преобразования напряжения в виде

S = Uci Ui / Uc _2>

подачи этого сигнала на первый (неинвертирующий) вход (117) вычитающего устройства (103), подачи на второй (инвертирующий) вход (119)

16

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) вычитающего устройства (103) напряжения с измерительного резистора U ₂ = 1 ₀ * R, и обеспечения равенства S ~ U ₂ за счёт вышеописанной обратной связи, величина сопротивления электронного резистора Ro становится пропорциональной номиналу измерительного резистора R, включённого последовательно с электронно-управляемым компонентом, а коэффициент пропорциональности равен отношению величины первого управляющего напряжения к величине второго управляющего напряжения.

Из соотношения (6) также следует возможность получения малых и сверхмалых значений Ro при достаточно большом токе 1 ₀ , который обеспечивается электронно-управляемым компонентом.

Таким образом, для управления сопротивлением участка электрической цепи используют изменение значений U _{C i} и/или U _c2, получая при этом либо прямо-пропорциональную, либо обратно-пропорциональную, либо комбинированную функцию, в зависимости от требований, предъявляемых к устройству, в котором применяют заявляемый способ.

Получение прямо-пропорциональной зависимости сопротивления электронного резистора от управляющего напряжения достигается в том случае, если величину Uc2 зафиксировать любым технически реализуемым способом и изменять только Uci _.

Получение обратно-пропорциональной зависимости сопротивления электронного резистора от управляющего напряжения достигается в том случае, если величину Uci зафиксировать любым технически реализуемым

СПОСОбоМ И ИЗМеНЯТЬ ТОЛЬКО Uc2.

Получение комбинированной функции достигается в том случае, когда и U _Ci , и Uc2 изменяются по заранее предустановленному закону.

Управление сопротивлением участка электрической цепи по предлагаемому способу при использовании электронного резистора согласно фиг.2 (второй, цифровой вариант реализации) осуществляют следующим

17

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) образом. На выводы (202) и (208) электронного резистора (200) подают напряжение питания U _C c, и на его же выводы (204) и (206) подают, соответственно, первое и второе цифровые управляющие напряжения Uci-i и и _С 2-ь поэтому на первый и второй входы (209) и (211) электронного компонента (201) для преобразования напряжения, подключённые к выводам (204) и (206) соответственно, поступают эти первое и второе цифровые управляющие напряжения U _C M И UC2-I · Одновременно с высокопотенциального вывода (210) электронного резистора (200) на третий вход (213) электронного компонента (201) для преобразования напряжения поступает напряжение U соответствующее разности потенциалов между высокопотенциальным (210) и низкопотенциальным (212) выводами.

В электронном компоненте (201) для преобразования напряжения посредством аналого-цифрового преобразователя (233) производится перевод аналогового напряжения Ui в цифровую форму U - Соответствующие цифровые коды одновременно с цифровыми управляющими напряжениями U _Ci -i, Uc2-i подаются на входы цифрового вычислительного устройства (235) и преобразуются таким образом, что на его соответствующих выходах формируется в цифровом виде промежуточный сигнал Si, значение которого, так же, как и в случае схемы фиг. 1, равно произведению значения напряжения на высокопотенциальном выводе электронного резистора в цифровом виде U на частное от деления значения второго управляющего напряжения на первое управляющее напряжение и выражается соотношением:

SI = U - UC2-I / UCM (7) Промежуточный сигнал S _j в цифровом виде поступает на цифро- аналоговый преобразователь (237), который производит перевод сигнала Si в аналоговую форму S, см. соотношение (2).

18

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Сформированный описанным выше образом промежуточный сигнал S с выхода (215) электронного компонента (201) для преобразования напряжения так же, как и в первом варианте, поступает на первый (неинвертирующий) вход (217) вычитающего устройства (203), на второй (инвертирующий) вход (219) которого с первого вывода (221) измерительного резистора (205) поступает напряжение U ₂ , значение которого равно падению напряжения на измерительном резисторе (205), созданному током 1 ₀ электронно- управляемого компонента (207). Благодаря наличию разности потенциалов Ui между высокопотенциальным (210) и низкопотенциальным (212) выводами электронного резистора, (200) в цепи, содержащей высокопотенциальный вывод (210) электронного резистора, электронно- управляемый компонент (207), последовательно соединённый с ним измерительный резистор (205) и низкопотенциальный вывод (212) электронного резистора, (200) протекает ток 1 ₀ .

Как и при реализации способа, представленной на фиг. 1, значение напряжения U ₂ выражается соотношением:

U ₂ ^ I _O - R, (3) где R - номинал измерительного резистора, который может быть выбран таким малым, как это только возможно с точки зрения технической реализации.

С выхода (223) вычитающего устройства (203) на управляющий вывод (227) электронно-управляемого компонента (207) подаётся напряжение, пропорциональное разности промежуточного сигнала S на первом (неинвертирующем) входе (217) вычитающего устройства (203) и напряжения U ₂ на втором (инвертирующем) входе (219) вычитающего устройства (203). При этом, если величина промежуточного сигнала S больше, чем величина напряжения U ₂ , то напряжение на управляющем выводе (227) электронно-управляемого компонента (207) открывает

19

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) электронно-управляемый компонент (207), ток 1 ₀ через него увеличивается, в результате увеличивается напряжение U2. И этот процесс будет происходить до тех пор, пока величина напряжения U ₂ не станет равной величине промежуточного сигнала S.

С другой стороны, если величина промежуточного сигнала S будет меньше, чем величина напряжения U ₂ , то напряжение на управляющем выводе (227) электронно-управляемого компонента (207) будет закрывать электронно-управляемый компонент (7), ток 1 ₀ через него будет уменьшаться, в результате будет уменьшаться напряжение U ₂ . И этот процесс будет происходить до тех пор, пока величина напряжения U ₂ не станет равной величине промежуточного сигнала S.

Таким образом, благодаря наличию обратной связи, охватывающей электронно-управляемый компонент (207), измерительный резистор (205) и вычитающее устройство (203), при реализации способа согласно фиг. 2, как и в описанном выше варианте реализации способа согласно фиг. 1 , всегда будет выполняться упомянутое соотношение

S ~ U ₂ (4)

Или, подставляя соответствующие значения,

U _c2 -i U, / Uci-i = Io R, (8) При этом соотношение (4) устойчиво выполняется при воздействии различных дестабилизирующих факторов, в том числе при изменении температуры в широких пределах, что обеспечивается глубиной упомянутой обратной связи.

Рассуждая так же, как и в случае согласно варианту, представленному на фиг. 1, снова получаем формулу (1):

где управляющие напряжения представлены в цифровом виде.

20

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Из этого вытекает, что при использовании в качестве электронного компонента (201) для преобразования напряжения совокупности аналого- цифрового преобразователя (233), цифрового вычислительного устройства (235) и цифро-аналогового преобразователя (237) с соответствующими связями, как и в случае варианта согласно фиг. 1 , возможно управлять значением сопротивления электронного резистора, которое будет пропорционально номиналу измерительного резистора, включённого последовательно с электронно-управляемым компонентом, а коэффициент пропорциональности будет равен отношению величины первого управляющего напряжения к величине второго управляющего напряжения.

Таким образом, для управления сопротивлением участка электрической цепи используют изменение значений и _С ы и/или U _C 2-i _, получая при этом либо прямо-пропорциональную, либо обратно-пропорциональную, либо комбинированную функцию, в зависимости от требований, предъявляемых к устройству, в котором реализуют заявляемый способ.

Получение прямо-пропорциональной зависимости сопротивления электронного резистора от управляющего напряжения достигается в том случае, если величину U _C 2-i зафиксировать любым технически реализуемым способом и изменять только U _CM .

Получение обратно-пропорциональной зависимости сопротивления электронного резистора от управляющего напряжения достигается в том случае, если величину Uci-i зафиксировать любым технически реализуемым способом и изменять ТОЛЬКО U _C 2-1 _.

Из сказанного следует, что технический результат, обеспечиваемый заявленным способом, заключается в расширении диапазона значений номинального сопротивления электронного резистора, преимущественно в сторону малых его значений, при этом может быть достигнуто настолько малое сопротивление участка электрической цепи, как это только возможно с

21

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) точки зрения технической реализации, при высокой устойчивости к воздействию дестабилизирующих факторов.

Специалистам в данной области ясно, что при воплощении заявляемого способа возможны различные варианты технической реализации электронного компонента (101) для преобразования напряжения. Так, например, операции деления и умножения могут производиться в произвольном порядке:

- или сначала выполняется операция U · Uc ₂ , затем результат делится на Uci;

- или сначала выполняется операция Ui/U _Ci , затем результат умножается на \J _C 2,

- или сначала выполняется операция Uc2 / Uci, затем результат умножается на Up -или операции Uci · Ui / Uc2 выполняются параллельно, как это реализовано, в частности, в упомянутом решении, раскрытом в https://electiOnics.stackexchange.com/questions/325472/how-d oes-this-analog-op- amp-multiplier-divider-work.

Операция умножения может быть выполнена самыми разнообразными методами, например, как описано в статье «Аналоговые умножители» (http://digteh.ru/Sxemoteh/mul/), или как в статье «Аналоговый перемножитель сигналов» (http://electrono.ru/4-l-analogovyy-peremnozhitel-signalov-m icrshema). Широко используются, например:

- кольцевые умножители на биполярных транзисторах (микросхемы К525ПС2, К525ПСЗ, AD834 и множество других);

- перемножители импульсные;

- перемножители логарифмические;

- перемножители с переменной крутизной и другие.

Операция деления также может быть выполнена самыми разнообразными методами, например, как описано в статье «Делитель аналоговых сигналов» (http://electrono.ra/4-2-delitel-anaIogovyh-signalov-micrshe ma):

22

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) с помощью обычного инвертирующего усилителя, у которого последовательно с резистором обратной связи включен перемножитель;

- по методу переменной крутизны;

- по методу логарифмирования, и другие.

Если управляющие сигналы подают в цифровой форме, то электронный компонент (201) для преобразования напряжения может быть выполнен с использованием цифрового вычислительного устройства, как описано выше и представлено на фиг. 2. В этом случае операции деления и умножения могут быть выполнены программным способом с использованием любого подходящего микропроцессора. Кроме того, операции деления и умножения могут быть выполнены и аппаратным способом, например, с использованием комбинационных делителей/ умножителей, или с использованием программируемых логических интегральных схем (ПЛИС).

Специалистам также ясно, что в качестве электронно-управляемого компонента (107, 207) могут быть использованы транзисторы МОП-типа, либо биполярные транзисторы, либо электро-вакуумные приборы и т.п.

Все остальные элементы устройства, реализующего заявленный способ, широко известны и подробно описаны в технической литературе.

Приведенные примеры не ограничивают объём заявленного изобретения.

Так, номинал измерительного резистора может быть выбран, например, в пределах от нескольких сотен Ом до нескольких миллиОм.

С целью обеспечения защиты электронно-управляемого компонента (107, 207) при переходных процессах может быть использовано параллельное включение дополнительного (137, 237) резистора Rs, см. фиг.З, и фиг.4, выводы которого (133, 233) и (135, 235) подключены, соответственно, к выводам (129, 229) и (125, 225) электронно-управляемого компонента (107, 207).

23

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Устройство, реализующее заявленный способ по первому варианту, может быть выполнено, например, в виде микросхемы, либо микросборки, либо микроплаты, выводами которой являются выводы

(102,104,106,108,110,112, см.рис.1).

Устройство, реализующее заявленный способ по первому варианту, может быть также выполнено, например, в виде микросхемы, либо микросборки, либо микроплаты, выводами которой являются выводы (102, 104,106, 108, 110, 112, 121, 123), при этом электронно-управляемый компонент (107) присоединён своими выводами (127, 129, 125) к выводам (123, 110, 121) соответственно (см.рис.1).

Устройство, реализующее заявленный способ по второму варианту, может быть выполнено, например, в виде микросхемы, либо микросборки, либо микроплаты, выводами которой являются выводы (202, 204, 206, 208, 210, 212, см.рис.2), при этом выводы (204) и (206) могут быть представлены группой выводов, соответствующих, например, последовательным интерфейсам или параллельным интерфейсам типа ПС, SPI, инкремент- декремент и т.п.

Устройство, реализующее заявленный способ по второму варианту, может быть также выполнено, например, в виде микросхемы, либо микросборки, либо микроплаты, выводами которой являются выводы (202, 204, 206, 208, 210, 212, 221, 223, см. рис.2), при этом выводы (204) и (206) могут быть представлены группой выводов, соответствующих, например, последовательным интерфейсам или параллельным интерфейсам типа ПС, SPI, инкремент- декремент, а электронно-управляемый компонент (207) может быть присоединён своими выводами (227, 229, 225) к выводам (223, 210, 221) соответственно.

Функциональные возможности заявляемого технического решения по сравнению со всеми известными аналогами значительно шире, так как

24

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) позволяют создавать преимущественно низкоомный, но не только, электронный резистор, который можно применять в устройствах, в которых необходимо управлять сопротивлением как с прямой зависимостью от управляющего напряжения, так и с обратной, а также с зависимостью от двух изменяемых управляющих напряжений. При этом управление сопротивлением может осуществляться как посредством аналоговых управляющих напряжений, так и посредством цифровых управляющих кодов, а токи, протекающие через электронный резистор, могут быть до десяти ампер и более.

Примерами таких устройств являются зарядные устройства для аккумуляторов, корректоры коэффициента мощности для источников вторичного электропитания, синхронные электродвигатели и т.д.

Таким образом, заявляемое техническое решение имеет все возможности для широкого применения в различных областях электротехники и электроники с целью управления сопротивлением участка электрической цепи постоянного или переменного тока, а, следовательно, для управления напряжением, током и мощностью полезных электрических сигналов.

Реальное устройство, реализующее заявленный способ, было изготовлено по второму варианту (с использованием схемы цифровой реализации), испытано при фиксированных значениях U _C 2-n ^а переменным являлось первое управляющее напряжение Uci-i· График зависимости сопротивления R ₀ электронного резистора от величины U _{C M} приведён на фиг. 5. Из графика видно, что измеренные значения сопротивления электронного резистора Ro m _eas пропорциональны величине U _C M С высокой степенью линейности, независимо от значений U (для справки на графике показаны расчётные значения, R _{0 ca} ic)· При этом значения Ro _me as лежат в диапазоне от 1,045 Ом при U _i -i , равном 0,02 В, до 40 Ом при U _C , равном

25

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) 0,85 В. Никакое другое техническое решение, известное из уровня техники и используемое для электронного управления сопротивлением участка электрической цепи, не обеспечивает такой малой величины R ₀ .

Следует понимать, что рассмотренная последовательность действий в описании способа носит иллюстративный характер, и в различных вариантах осуществления изобретения эта последовательность может отличаться от описанной при условии сохранения выполняемой функции и достигаемого результата.

26

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)