СПОСОБ ЗАЩИТЫ ВХОДА ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ ОТ ПЕРЕГРУЗОК
METHOD FOR OVERLOAD PROTECTION OF OPERATIONAL AMPLIFIER INPUT

Изобретение относится к вычислительной и микропроцессорной технике и предназначено для защиты электронной аппаратуры от выхода из строя вследствие перенапряжений на линиях передачи сигналов.
Известен искровой разрядник - двух- или трехэлектродный газоразрядный прибор с холодным катодом, резко изменяющий свою электрическую проводимость при возникновении электрического разряда между электродами под действием приложенного импульсного напряжения, предназначенный для защиты аппаратуры и линий связи от опасных перенапряжений при грозовых или других разрядах [Искровой разрядник // Политехнический словарь // Под ред. А.Ю. Ишлинского. М., Советская энциклопедия, 1989 г. С.201].
Существенным недостатком искрового разрядника является то, что он предназначен только для защиты от пробоя изоляции, поскольку его напряжение пробоя ниже напряжения пробоя изоляции, в то время как напряжение пробоя электронных устройств на 1-2 порядка ниже напряжения пробоя изоляции.
В электронной технике: в измерительных приборах, в импульсной технике для формирования и преобразования импульсов применяется ограничитель - устройство, обеспечивающее постоянство уровня выходного напряжения при значениях входного напряжения, выходящих за пределы порога ограничения [Ограничитель // Политехнический словарь // Под ред. А.Ю. Ишлинского. М., Советская энциклопедия, 1989 г. С.342].
Серьезным недостатком существующих ограничителей является то, что они не обеспечивают защиту аппаратуры и линий связи от опасных перенапряжений при грозовых или других разрядах.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является защита входа операционного усилителя от перегрузок по току резистором и по напряжению включенными встречно-параллельно диодами между сигнальным проводом и землей [Универсальный измерительный прибор. Под ред. А.В. Гороховского // Радио №8, 1990, с.76-77].
К сожалению, данный способ защиты также обладает существенными недостатками:
1. включение резистора на входе операционного усилителя снижает его чувствительность;
2. прохождение через диоды импульса высокого напряжения, приводит к выводу диодов из строя: как плавкие вставки выгорают тонкие соединительные проводники от анодного вывода диода до кристалла, сопротивление диодов становится близким к бесконечности и длинные высоковольтные импульсы проникают на вход операционного усилителя, выводя его из строя.
Задача изобретения - защита электронной аппаратуры от выхода из строя вследствие перенапряжений на линиях передачи сигналов.
Поставленная задача достигается способом защиты входа операционного усилителя от перегрузок по току и по напряжению причем, для ограничения входного тока применен катодный повторитель на вакуумном триоде с высоким внутренним сопротивлением, а ограничение входного напряжения достигается подачей сигнала на вход операционного усилителя с резистора, включенного в катодную цепь катодного повторителя.
Новые существенные признаки:
1) высокое внутреннее опротивление вакуумной приемно-усилительной лампы обеспечивает эффективную преграду проникновению на вход электронной аппаратуры больших токов и высоких напряжений;
2) включение на входе операционного усилителя приемно-усилительной вакуумной лампы по схеме катодного повторителя, работающего в режиме усиления тока позволяет увеличить нагрузочную способность линий передачи сигналов;
3) высокая линейность катодного повторителя обеспечивает высокое качество передачи сигнала;
4) ограничение напряжения сигнала достигается подачей напряжения на вход операционного усилителя с сопротивления, включенного в катодную цепь катодного повторителя;
5) вакуумная приемно-усилительная лампа, обладающая высокой электрической прочностью обеспечивает надежную защиту от проникновения высоких напряжений на вход операционного усилителя.
Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными обеспечивают получение технического результата во всех случаях, на которые распространяются испрашиваемый объем правовой охраны.
Получение технического результата изобретения достигается тем, что включение во входную цепь операционного усилителя катодного повторителя, выполненного на вакуумной приемно-усилительной лампе обеспечивает эффективную преграду проникновению на вход электронной аппаратуры по линиям передачи управляющих сигналов больших токов, и высоких напряжений, вызванных короткими замыканиями и электромагнитными наводками, возникающими в результате переключений и грозовых разрядов, не снижая чувствительности аппаратуры. Этому способствует высокое внутреннее сопротивление вакуумной приемно-усилительной лампы, ее высокая электрическая прочность и высокое входное сопротивление в режиме работы в качестве катодного повторителя. В случае проникновения в линии связи импульсных напряжений, превышающих параметры электрической прочности электронно-вакуумной лампы, происходит электромеханическое разрушение последней, что также препятствует проникновению высоковольтных импульсов на вход электронной аппаратуры. Все это обеспечивает эффективную преграду проникновению на вход электронной аппаратуры больших токов и высоких напряжений, повышая надежность ее работы.
Высокая линейность катодного повторителя практически не вносит искажений при передаче сигнала, что не снижает эксплуатационных характеристик аппаратуры. Включение приемно-усилительной вакуумной лампы по схеме катодного повторителя, работающего в режиме усиления тока позволяет увеличить нагрузочную способность линий передачи сигналов.
Приемно-усилительная вакуумная лампа включается в разрыв линии связи. Сигнал из линии связи подается на управляющую сетку лампы и усиливается по току. На анод лампы подается напряжение + (25-250) В. С точки соединения катодного сопротивления с катодом лампы выходное напряжение катодного повторителя подается на вход операционного усилителя. К свободному (нижнему, заземленному) выводу резистора, включенному в катодную цепь лампы, подключается отрицательный зажим источника питания анодного напряжения электронно-вакуумной лампы. На нить накала подается напряжение накала.