Усилитель постоянного тока с гальванической развязкой Советский патент 1983 года по МПК H03F17/00 

Нзоброгение относится к усилителям постоянного тока, вьшолненным на оптоэлектронных элементах и обеспечивающим линейную передачу сигнала при отсутствии гальванической связи входной и выходной цепей.

Известен усилитель с гальванической развязкой посредством оптронов, содержащий входной и выходной операционные усилители, к выходам которых подключены светоизлучающие элементы, а к,входам, - фотоприемнкки :оптронов Cl ИНедостаток такого усилителя заключается в нелинейности передаточной характеристики, :

Наиболееблизким к изобретению является усилитель постоянного тока с гальванической развязкой, содержащий входной и выходной операционные усилители и дифференциальный , светоизлучающий элемент которого подключен к выходу входного операционного усилителя, а фотоприемники - к входам входного и выходного операционных усилителей соответственно С2 .

Недостаток такого усилителя заключается в необходимости задания большого начального тока светоизлучающего .элемента при передаче разнополярных сигналов, что соответственно увеличивает дрейф выходного сигнала, обусловленный дрейфом параметров оптрона, и уменьшает динамический диапазон.

Цель изобретения расширение динамического диапазона.

Поставленная цель достигается тем, что. в усилитель постоянного тока с гальванической развязкой, содержащий входной и выходной операционные усилители и дифференциальный оптрон, светоиэлучающий элемент которого подключен к выходу входного опер.ационного усилителя, а фотоприемники - к входам входного и выходного операционных усилителей соответственно, введены линейный детектор, компаратор, оптронный ключ и инвертор-повторитель, при этом линейный детектор подключен между шиной входного сигнала и входным операционным усилителем, а инвертор-повторитель управляющий вход которого подключен к выходу оптронного ключа, связанного с компаратором, подключен входом к выходу выходного операционного усилителя, причем вход компаратора связан с шиной входного сигнала.

На .чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого усилителя постоянного тока с гальванической развязкой.

. Светоизлучающий элемент 1 диффе ренциального оптрона 2 подключен К выходу входного операционного усилителя 3, к входу которого подключен

. фотоприемник 4 указанного оптрона. Другой фотоприемник 5 оптрона 2 подключен квходу выходного операционного усилителя 6, к выходу 7 которого подключен сигнальный вход 5 инвертора-повторителя 8. Управляющий вход 9 инвертора-повторителя подключен к выходу 10 оптоэлекТронного ключа 11, своим входом 12 подключенного к выходу компаратора 13,

0.вход 14 которого подключен к точке соединения последовательно включенных диодов 15 и 16, соединяющих выход первого операционного усилителя 17-линейного детектора 18 с

5 входом второго операционного усилителя 19 линейного детектора 18. Вход линейного детектора 18 соединен с шиной 20 входного сигнала, а выход с входом входного операционного усиQ- лителя 3. При этом компаратор 13, связанный через диод 15 и первый операционный усилитель 17 линейного детектора 18 с шиной 20 входного сигнала, управляет работой оптоэлектронного ключа 11 в зависимости от

полярности входного сигнала на шине 20. Кроме того, входной и выходной операционные усилители 3 и б и компаратор 13 имеют цепи смещения, об-; разованные соответственно ре.зистора0 ми 21, 22 и 23, подключенньми соответственно к входам усилителей 3,6 и компаратора 13. Выходом усилителя постоянного тока является выход 24 инвертора-повторителя 8.

5 Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии на резистор 21 подается напряжение смещения, и при t этом через светоизлучающий элемент 1

0 протекает начальный ток JQ величина которого благодаря действующей при этом оптической отрицательной обратной связ.и, определяется выражением 1 fcft

5 : о-кт

где ICM ток через резистор 21;

KB коэффициент вспомогательной оптопары, т.е.. коэффициент пе- редачи оптрона, равный отношению f. величин токов фотоприемника 4 и светоизлучающего элемента 1.

Через фотоприемник 5 протекает фототок 1, величина которого определяется выражением

i 3o, ,

где kp- коэффициент основной оптопары, т.е. коэффициент передачи оптрона, равный отношению величин

токов фотоприемника 5 и светоизлучающего элемента. Если на резистор 22 подано напряжение смещения, обеспечивающее протекание по нему .тока, равного по величине фототоку

f напряжение на выходе 7 oneрационного усилителя б и на выходе 24 всего устройства равно нулю. На резистор 23 компаратора 13 подается напряжение, величина которого определяет начальный потенциал на. его входе, при этом величина этО го потенциала не должна превышать напряжения открывания диода 15 .линейного детектора 18. Компаратор 13 выполнен по схеме неинвертирующего .операционного усилителя с плавающей нагрузкой, в котором в качестве нагрузки использован светоизлучающий элемент оптоэлектронного ключа 11. При нулевом значении входного сигнала, т.е. при ртсутствии сигнала на шине 20, через светоизлучаюдий элемент оптоэлектронного ключа 11 протекает току определяемый . начальным отрицательньм потенциалом на входе 14 компаратора 13, при эюм оптоэлек тронный юпоч 11 от- крыт, а инвертор-повторитель 8, выполненный по схеме модулятора на I операционном усилителе, находится IB режиме инвертора, При поступлений на шину 20 линей . ного детектора 18 сигнала положительно полярности потенциал на вхо 1де 14 компаратора 13 становится пол хсительним вследствие открывания диода 15, и оптоэлектронный ключ 1.1 закрывается, переводя инвертор-повторитель 8 в режим повторителя. 5лс годаря тому, что сигнал на вход .14 компаратора подается с точки соединения последовательно включенных доп-олнительного диода 15 и диода 16, линейного детектора, перепад входного напряжения, необходимый для переключения оптоэлектронного ключа имеет очень малую величину, определяемую коэффициентом ус.иления операционного усилителя 17 с разомкнутой петлей обратной связи, поскольку диод 16,. через который ; при этом осуществляется обратная связь в линейном детекторе, OTJ PHвается не раньше., чем потенциал на входе 14 стабилизатора тока CTaHOBji ся равным нулю, а при нулевом потенциале на входе 14 оптоэлектронны ключ 11 закрывается. При поступлении на шину 20 линейного детектора 18 сигнала отридательной полярности оптоэлектронный ключ 11 остается открытым вследствие того, что диод 15 линейного детектора закрыт и на входе 14 компаратора 13 дейс.твует. начальный, потенциал. Таким образом, инвертор-повтори- . тель 8 -работает в режиме инвертора ;или повторителя в зависимости от зна;ка сигнала, действующего на входе ; |усилителя. , Входной сигнал, выпрямленный линейным детектором 18, воздействует на входной операционный усилитель,3-. выз.ывая увеличение тока светоизлучающего элемента 1 дифференциального оптрона 2 и соответственно увеличение фототока фотоприемников 4 и 5, пропорциональное абсолютной величи.не входного сигнала, при этом соответственно увеличивается сигнал на входе и выходе инвертора-повторителя 8, причем сигнал на выходе имеет полярность,, зависящую от полярности сигнала на входе линейно- . го детектора вследствие коммутации режима работы инвертора-повторителя в зависимости от знака входного . . сигнала, осуществляемой оптоэлектронным ключом 11 и компаратором 13. В предлагаемом усилителе через дифференциальный оптрон 2 передается только однополярный сигнал( при этом реализуется оптимальный режим оптрона 2, когда -о -т .«с.кс Де 0 - начальный .ток светоизлучаюмего элемента,, «ин соответственно максимальный и минимальный допустимые токи через светоизлучающий элемент оптрона, определяющие его динамический диапазон работы. . . Таким образом, предлагаемый усилитель характеризуется идентичной передаточной характеристикой для разнополярного сигнала и позволяет снизить дрейф.нуля за счет возможности задания оптимальных параметров светоизлучающего элемента оптрона, в частности за счет снижения, величи ны начального тока, и цри этом обеспечйвает расширение динамического диапазона работы.

УСИЛИТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА С. ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ РАЗВЯЗКОЙ, содержащий входной и выходной операционные усилители и дифференциальный . оптрон, светои-злучайщий элемент которого подключен к выходу входного операционного усилителя, а фотоприемники - к входам входного и выходного операционных усилителей соответственно, о т л и ч а ю щ и и с я , тем, что, с целью расширения Динамического диапазона, в него . введены линейный детектор, компаратор, оптронный ключ и инвертор-. . повторитель, при этом линейный детектор подключен между -шиной входного сигнала и входным операционным усилителем, а инвертрр-повторитель, управляющий вход которого подключен к выходу оптронного ключа, связанного с комцаратором, подключен входом к выходу выходного операционного уси1лителя, причем входкомпаратора связан с шиной .входного сигнала, (Л NU Ю СП