Преобразователь аналоговых сигналов с гальваническим разделением цепей Советский патент 1986 года по МПК H03K7/08 G01R19/00 

фт.1 Зз 11 /JИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в усилительных и преобразовательных устройствах с гальваническим разделением входных, выходных цепей и цепей питания. Целью изобретения является повышение точности преобразования, а так же упрощение устройства путем исполь зования для передачи полезного сигнала и питающих напряжений через одни и те же обмотки трансформатора. На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя аналоговых сигналов с гальваническим разделением цепей; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы; на фиг. 3 - функци ональная схема устройства, содержащего трансформатор только с двумя обмотками; на фиг. 4 - функциональная схема преобразователя аналоговых сигналов с гальваническим разделени(ем цепей входных, выходных и питания Преобразователь аналоговых сигналов с гальваническим разделением цепей содержит импульсный модулятор 1 ключ 2, трансформатор 3, детектирующий блок 4, демодулятор 5, коммутирующий блок 6, выпрямительньй блок 7 входную шину 8, обмотки 9-12 трансформатора, выходную шину 13, шины 14 и 15 источника питания, шину 16 управления коммутатором, при этом вход импульсного модулятора 1 соединен с входной шиной 8, выход - с управляющим входом ключа 2, а шины питания с выходами выпрямительного блока 7, входы которого соединены с выводами обмотки 10 трансформатора 3, вьтоды обмотки.9 которого соединены с выводами ключа 2, выводы обмотки 11 тран сформатора соединены с входами детектирующего блока 4, выход которого соединен с входом демодулятора, B Iход которого соединен с выходной шиной 13, а выводы обмотки 12 трансфор матора 3 через коммутирующий блок 6 соединен с шинами 14 и 15 источника питания, управляющий вход коммутирующего блока 6 соединен с шиной импульсов синхронизации. Коммутирующий блок 6 может быть выполнен в виде низкоомного электронного ключа, а также может быть выполнен и без внеш ней синхронизации, например, в виде блокинг-генератора.или мультивибратора, в этом случае шина 16 отсутствует . Детектирующий блок 4 и демоду140 лятор 5 могут быть вьтолнены на основе амплитудного детектора и простейшей интегрирующей цепочки, в этом случае шины источника питания к ним не подключают. При выполнении детектирующего блока в виде преобразователя серии импульсов заданной длительности в одиночный импульс пропорциональной длительности, а демодулятора - с использованием операционных усилителей шины питания этих блоков соединяются с шинами источника питания . На фиг. 2 приведены переменное напряжение 17 на обмотках трансформатора 3 при нулевом входном сигнале, полуволна 18 напряжения прямого хода, при которой напряжение источника питания подключено коммутирующим блоком 6 к обмотке 12 трансформатора 3, полуволна 19 напряжения обратного хода, при которой коммутирующий блок 6 отключен, напряжение 20 на входной шине устройства, напряжение 21 на выходе импульсного модулятора 1, переменное напряжение 22 на обмотках трансформатора при входном сигнале, отличном от нуля, напряжение 23 на выходе детектирующего блока 4, напряжение 24 на выходе устройства. На фиг. 3 приведена функциональная схема преобразователя аналоговьк сигналов с гальваническим разделением цепей, в котором трансформатор 3 содержит только две обмотки 10 и 12. В этом устройстве коммутирующий блок 6 содержит импульсный генератор 25 и транзистор 26, который последовательно включен между шиной 14 источника питания и одним из вьгоодов обмотки 12, второй вьшод которой соединен с шиной 15 источника питания, а к базе транзистора 26 подключен выход импульсного генератора 25. Детектирующий блок 4 вьшолнен в виде амплитудного детектора 3 и соединенных последовательно диода и резистора, подключенных к вьшодам обмотки 12 трансформатора 3. Параллельно резистору включен конденсатор фильтра детектора, а объединенные выводы диода и резистора через согласующий каскад на транзисторе 27 подключены к входу демодулятора 5, шины питания которого соединены с шинами 14 и 15 источника питаьшя. Ключ вьшолнен из соединенных последовательно транзистора 28 и диода 29, которые подключены к вьшодам 3 обмотки 10 трансформатора 3, к которым также подключены соединенные последовательно диод 30 и конденсатор 31, на которых вьтолнен вьшрямительный блок 7, объединенные вьюоды диода 30 и конденсатора 31 подключены к шине питания модулятора 1, выход которого соединен с управляющим входом ключа 2 (базой или затвором транзистора 28), вход - с входной шиной, а объединенные вьшоды обмотки 10 трансформатора 3, транзистора 28, конденсатора 31 и модулятора 1 соединены с общей шиной 32. Диод 29 включен последовательно с тран зистором 28 для того, чтобы транзисторный ключ шунтировал обмотку 9 трансформатора 3 только во время полуволны 19 напряжения обратного хода На фиг. 4 приведена функциональная схема преобразователя аналоговьк сигналов с гальваническим разделением цепей входных, выходных и питания. В этом устройстве введена дополнительная обмотка 33, которая че рез дополнительный выпрямительный блок 34 соединена с шинами питания демодулятора 5, причем обмотка 33 вы полнена со средней точкой, а выпрямительный блок 34 - двухцолярным, для питания операционных усилителей, которые могут использоваться в демодуляторе 5 для повышения его точности. Коммутирующий блок 6 вьтолнен в виде блокинг-генератора на транзисторе 35, которьш включен последовательно между шиной 15 источника питания и одним вьшодом обмотки 12 трансформатора 3, другой вьшод которой соединен с шиной 14 источника гш тания, между шинами 14 и 15 включены соединенные последовательно резистор и конденсатор, объединенные выводы которых через дополнительную обмотку трансформатора 3 подключены к базе транзистора 35. Демодулятор 5 выполнен из соединенных последовательно формирователя 37 импульсов, переключателя 38 опорного напряжения и филь ра 39 нижних частот, который может быть выполнен на основе интегрирующего усилителя, шины питания которых подключены к выходам выпрямительного блока 34. Детектирующий блок 4 выполнен на основе амплитудного детектора вход которого соединен с выводами обмотки 11 трансформатора 3, а вькод - объединенные вьшоды..диода и RC-фильт- 404 ра - с входом формирователя 37 импульсов. Формирователь 37 импульсов может быть выполнен, например, в виде триггера Шмидта. Выпрямительный блок 7 вьтолнен также двухполярным аналогично выпрямительному блоку 34, для чего обмотки 10 трансформатора 3 сделаны со средней точкой, а ее выводы через вьтрямительный блок 7 соединены с шинами питания модулятора I, который может быть выполнен на основе известного дифференциального усилителя. Ключ 2 может быть выполнен на соединенных последовательно диоде 40, резисторе 41 и транзисторе 42, которые подключены к вьтодам обмотки 9, а база транзистора со, единена с выходом модулятора 1, вход которого соединен с входной шиной, причем объединенные вьшоды вьшрямительного блока 7, транзистора 42, обмотки 9 трансформатора 3 и модулятора 1 соединены с общей шиной 32. Диод 40 также включен с целью шунтирования ключом 2 обмотки 9 трансформатора 1 только во время полуволны 19 напряжения обратного хода. Резистор 4 1 предохраняет транзистор 42 от чрезмерных токов короткого замыкания. Преобразователь аналоговых сигналов с гальваническим разделением цепей работает следующим образом. Напряжение питания постоянного тока от источника питания подводится к шинам 14 и 15 и периодически подключается к обмотке 12 трансформатора 3 коммутирующим блоком 6. При этом на всех обмотках трансформатора 3 формируется переменное напряжение 17 с двумя полуволнами 18 и 19 разной полярности. Полуволна 18 напряжения прямого хода образуется тогда, когда источник питания подключен коммутирующим блоком 6 к обмотке 12 трансформатора 3, а полуволна 19 напряжения обратного хода появляется после отключения источника питания от этой обмотки в результате рассеяния энергии, запасенной в трансформаторе 3 во время полуволны 18 напряжения прямого хода. Полуволна 18 напряжения прямого, хода вьтрямляется выпрямительными блоками 7 и 34 и выпрямительные напряжения используются для питания модулятора 1, детектирующего блока 4 и демодулятора 5. Аналоговьй входной сигнал 20 с входной шины 8 поступает на вход модулятора 1, в котором преобразуется в широтно-импульсньй сигнал, скважность которого пропорциональна величине входного сигнала, или частотноимпульсньй сигнал, частота следования импульсов в котором пропорциональна величине входного сигнала. С выхода модулятора 1 импульсы поступают на управляющий вход ключа 2. При появлении на его вьшодах полуволны 19 напряжения обратного хода, а на управляющем входе - импульса мо дулятора ключ включается и дешифрует переходной процесс, вызванный рас сеянием энергии, запасенной индуктивностями обмоток трансформатора 3. При этом амплитуда 22 полуволны напряжения обратного хода на обмотках трансформатора 3 значительно уменьшается. Таким образом осуществляется манипуляция амплитуды напряжения обратного хода на обмотках трансформатора в соответствии с импульсным сиг налом модулятора 1, т.е. форма огиба ющей полуволн напряжения обратного хода повторяет форму импульсов на вы ходе модулятора. Детектирующий блок 4, вьшолненный в виде амплитудного детектора, восстанавливает на своем выходе широтно импульсньй 23 или частотно-импульсньв1 сигналы в зависимости от использованного в устройстве модулятора 1. Выходные импульсы детектирующего бло ка 4 преобразуются в демодуляторе в выходной аналоговьй сигнал 24. Введение в преобразователь аналоговых сигналов с гальваническим раз. делением цепей новых блоков и связей позволяет исключить погрешности, вно симые узлом гальванического разделения. Использование импульсных модуля тора и демодулятора позволяют исключить влияние дискретности и амплитуды импульсов обратного хода на точность коэффициента передачи преобразователя. В результате этого парамет ры трансформатора, расположение обмоток, материал сердечника, индуктивность обмоток и рассеяние не влияют на точность преобразования, которая определяется высокими точностными характеристиками модулятора и демодулятора. Снижение требований к трансформатору позволяет упростить устройство и повысить технологичность его изготовления . Формула изобретения 1.Преобразователь аналоговых сигналов с гальваническим разделением цепей, содержащий.трансформатор, первая обмотка которого подключена через вьтрямительный блок к шинам питания модулятора, вход которого соединен с входной шиной, а вторая обмотка подключена через коммутирующий блок к шинам источника питания, демодулятор, выход которого соединен с выходной шиной, третью и четвертую обмотки трансформатора, отличающийся тем, что,.с целью повышения точности, в него дополнительно введены детектирующий блок и ключ, вьшоды которого соединены с выводами первой или третьей обмотки трансформатора, управляющий вход - с выходом модулятора, а выводы четвертой или второй обмотки трансформатора соединены с входами детектирующего блока, выход которого соединен с входом демодулятора, причём модулятор выполнен в виде частотно-импульсного или широтно-импульсного модулятора, 2.Преобразователь по п. 1, о тличающийся тем, что, в него дополнительно введены второй.выпрямительный блок и пятая обмотка трансформатора, вьшоды которой через второй выпрямительный блок подключены к шинам питания детектирующего блока и демодулятора.

Изобретение относится к измерительной технике. Может быть использовано в усилительных и преобразовательных устройствах с гальваническим разделением входных, выходных цепей и цепей питания. Цель изобретения повышение точности преобразования,а также упрощение устройства путем использования для передачи полезного сигнала и питающих напряжений через одни и те же обмотки трансформатора. Для этого в устройство дополнительно введены ключ 2 и детектирующий блок 4. Устройство кроме того содержит импульсный модулятор I, трансформатор 3, демодулятор 5, коммутирующий блок 6, выпрямительный блок 7, входную шину 8, обмотки трансформатора 9-12, выходную шину 13, ши11ы 14 и 15 источника питания, шину 16 управления. В описании изобретения приводится функциональная, схема устройства, содержащего трансформатор тольс S ко с двумя обмотками, а также функциональная схема устройства с гальва(Л ническим разделением цепей входных, выходных и питания. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.