Усилитель постоянного тока с развязкой Советский патент 1984 года по МПК H03F3/38 

Изобретение относится к электрон ной технике, в частности к измерите ной технике и может быть использова для гальванической раэвязки электри ческих сигналов. Известен развязывающий усилитель постоянной тока (УПТ), содержащий дифференциальный усилитель, трансфо матор с первичной и вторичной обмот ми, первый и второй вьшрямители, пе вый и второй конденсаторы, прерьгаатель, генератор, входной резистор и резистор отрицательной обратной связи Сч 3. Однако данный развязывающий УПТ обладает недостаточной стабильностью усилительньк параметров. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является усилитель постоянного тока с развязкой, содержащий дифференциальный усилитель, входной резистор, один вывод которого является входом усилителя постоянного тока с развязкой, трансформатор с первичной обмоткой, первая вторичная обмотка которого соединена с входом выходно го вьтрямителя, выход которого зашунтирован первой цепью из параллельно соединенных первого конденса тора и первого резистора, и цепь отрицательной обратной связи, выпол ненную на второй вторичной обмотке, подключенной к входу выпрямителя, выход которого зашунтирован второй цепью из параллельно соединенных второго конденсатора и второго резистора, при этом один вьшод второг резистора соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя 2. Однако известный усилитель постоянного тока сложен, так как содержит генератор переменного напряжения и ограничитель тока. Цель изобретения - упрощение уст ройства путем исключения генератора переменного напряжения и ограничителя тока. Поставленная цель достигается тем, что в усилителе постоянного тока с развязкой, содержащем дифференциальный усилитель, входной резистор, один вывод которого является входом усилителя постоянного тока с развязкой, трансформатор с первичной обмоткой, первая вторич ная обмотка которого соединена с входом выходного выпрямителя, выход которого зашунтирован первой цепью из параллельно соединенных первого конденсатора и первого резистора, и цепь отрицательной обратной связи, выполненную на второй вторичной обмотке, подключенной к входу выпрямителя, выход которого зашунтирован второй цепью из параллельно соединенных второго конденсатора и второго резистора, при этом один вывод второго резистора соединен с инвертирующим входом дифференхшального усилителя, между неинвертируюпщм входом дифференциального усилителя и общей шиной включена обмотка цепи положительной обратной связи, при этом другой вывод второго резистора соединен с другим выводом входного резистора непосредственно, а через цепь из последовательно соединенных введенного третьего конденсатора и первичной Обмотки трансформатора - с выходом дифференциального усилителя. На чертеже представлена принципиальная электрическая схема УПТ с развязкой. Усилитель содержит дифференциальный усилитель (ЛУ) t, трансформатор 2 с первичной обмоткой 3, первой 4 и второй 5 вторичными обмотками, обь юткой 6 цепи положительной обратной связи (ПОС), выходной вьтрямитель 7 и выпрямитель 8, первый конденсатор 9 и первый резистор 10, второй конденсатор 11 и второй резистор 12, третий конденсатор 13 и входной резистор 14, Устройство работает следующим образом. ДУ 1 из-за наличия цепи ПОС обеспечивает генерацию переменных напряжений на обмотках трансформатора 2. Переменные напряжения на первой 4 и второй 5 вторичных обмотках вьшрямляются соответственно выходным вьшрямителем 7 и вьшрямителем 8 и фильтруются первым 9 и- вторым 11 конденсаторами. При этом напр ржение выходного вьтрямителя 7 является выходным напряжением УПТ с развязкой, а напряжение на выходе выпрямителя 8 - сигналом отрицательной обратной связи по постоянному напряжению. Первый 10 и второй 12 резисторы обеспечивают цепь разряда первого 9 и второго 11 конденсаторов, их сопротивления выбираются из условия одинакового режима работы выходного выпрямителя 7 и выпр мителя 8. Для выполнения условия автогенерации и сохранения выходного напряжения УПТ с развязкой на постоянном уровИе при неизменном входном напряжении петлевой коэффициент усиления в цепи ПОС должен быть больше единицы 1, но весьма близким к этому значению ,и ра- вен произведению коэффициента обратно передачи в цепи ПОС, определяемого отношением количества витков обмотки 6 и первичной обмотки 3,и коэффициент усиленияДУ 1 .охваченного цепью отрицательной обратной связи по переменному току. Предполагая собственный коэффициент усиления ДУ 1 равным бесконечности, можно считать, что его усиление с петлей ПОС по переменному току полностью определяется коэффици ентом обратной передачи сигнала в це пи ПОС; При этом данный коэффициент обратной передачи определяется ч соотношением величины входного динамического сопротивления выходного выпрямителя 7 и выпрямителя 8, приведенного к первичной обмотке 3, и суммы сопротивлений входного резистора 14 (р)и сопротивления генератора входного сигнала (Rp). При амплитуде переменного напряжения на выходе ДУ 1 меньше некоторой величины, необходимой для отпира ния диодов выходного выпрямителя 7 и выпрямителя 8 (когда напряжение на первой и второй вторичных обмотках меньше напряжений на первом 9 и втором 11 конденсаторах 1,динамическое входное сопротивление выпрямителей очень велико, цепь ПОС по переменному току практически разорвана, и коэффициент петлевого усиления по цепи ПОС намного больше единицы. Амплитуда переменного напряжения на выходе ДУ 1 лавинно вoзpacтaeт пока напряжение на входах выходного выпрямителя 7 и выпрямителя 8 не сравняется с напряжением на первом 9 и втором 11 конденсаторах. После этого происходит резкое падение вход ного динамического сопротивления выпрямителей (в пределе до динамичес кого сопротивления первого 9 и второ го 11 конденсаторов на частоте генерации). В этом случае цепь ПОС по переменному току замыкается и при снижении петлевого усиления по цепи 1 45.4 ПОС до единицы амплитуда переменного напряжения на выходе ДУ 1 перестает, увеличиваться, т.е. схема входит в установившийся режим генерации. Дпя устранения чрезмерного возрастания амплитуды переменного напряжения на выходе ДУ 1 в схему введена цепь ПОС по постоянному напряжению, действие которой сводится к следующему. Превьшение напряжения на втором конденсаторе 11 по сравнению с входным сигналом вызывает появление на выходе ДУ 1 постоянной составляющей напряжения и заряд до этого напряжения третьего конденсатора 13. ДУ 1 входит в режим ограничения выходного сигнала, и максимапьная амплитуда переменного напряжения на его выходе определяется разностью максимального-размаха выходного напряжения ДУ 1 и постоянной составляющей напряжения на третьем конденсаторе 13. Таким образом , рост постоянной составляющей напряжения на третьем конденсаторе 13 приводит к снижению амплитуды переменного напряжения до равенства .напряжений на .втором конденсаторе 11 и на входе УПТ с развязкой. ,В этом случае выходное напряжение на первом резисторе 10 жестко связано с входным. Коэффициент усиления УПТ с развязкой определяется отношением витков первой 4 и второй 5 вторичных обмоток и коэффициентов передачи выходного выпрямителя 7 и выпрямителя 8. При большой постоянной времени RC-цепей, включенных на выходах выходного вьтрямитёля 7 и выпрямителя 8, напряжения на обмотках трансформатора 2 можно считать квазипрямоугольными.. Падение напряжения на выходном резисторе 14, возникающее за счет протекания переменного выходного тока ДУ 1, через второй конденсатор 11 приложено к инвертирующему входу ДУ 1. В результате величина выходного тока ДУ 1 Звы% оказывается стабилизированной на уровне, определяемом соотношением вЫХ- R+R. где и ПОС напряжение на обмотке 6. С другой стороны, выходной ток ДУ 1 обеспечивает сумму токов заряда

первого 9 и второго 11 конденсаторов и тока индуктивности первичной обмотки 3 Во время формирования плоской вершины квазипрямоугольного импулвса на выходе ДУ 1 ток индуктивности первичной обмотки 3 трансформатора 2 линейно растет. В момент,когда его величина достигает уровня, определяемого соотношением (1), происходит регенеративное переключение ДУ. 1, начинается формирование следующего полупериода переменного выходного .напряжения ДУ 1. Таким образом, частота автогенерации в схеме

определяется индуктивностью первичной обмотки 3 и не зависит от питающих напряжений.

Использование изобретения позволяет упростить схему усилителя за счет исключения генератора переменного напряжения и ограничителя тока. По сравнению с известным устройством, в котором используется мультивибратор на операционном усилителе в качестве генератора переменного напряжения и ограничитель тока, габариты предлагаемого УПТ с развязкой сокращаются до 50%. .

УСИЛИТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА С РАЗВЯЗКОЙ, содержащий дифференциальный усилитель, входной резистор, один выврд: которого является входом усилителя постоянного тока с развязкой, трансформатор с пе.рвичной обмоткой, первая вторичная обмотка которого соединена с входом выходного выпрямителя, выход которого здшунтирован первой цепью из параллельно соединенных первого конденсатора и первого резистора, и цепь отрицательной обратной связи, выполненную на второй вторичной обмотке, подключенной к входу выпрямителя, выход которого зашунтирован второй цепью из парагтельно соединенньк второго конденсатора и второго резистора, при этом один вывод втор-ого. резистора соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, отличающийся тем, что, с целью его упрощения путем исключения генератора переменного напряжения И ограничителя тока, между неинвертируюпщм входом дифференциального усилителя и общей шиной включена обмотка цепи.положительной обратной связи, при этом другой вывод второго (Л резистора соединен с другим выводом входного резистора непосредственно, а через цепь из последовательно соединенных введенного третьего конденсатора и первичной обмотки трансформатора - с вькодом дифферен1Д1апьного усилителя.