Усилитель постоянного тока с развязкой Советский патент 1987 года по МПК H03F3/38 

сирующую обмотку (ко) 20. Переменное напряжение, индугщруемое двухтактным транзисторным автогенератором 10 на первичной обмотке 4 и КО 20, выпрямляется однополупериодными выпрямителями, выполненными на дах 8,9,21,22, и после фильтрации на конденсаторах 6,7,23,24 используется для питания ОУ 1,15. При подаче ненулевого входного сигнала ра1

Изобретение относится к усилительной технике и может быть использовано для гальванической развязки анало вых сигналов в системах сбора данных Цель изобретения - расширение динамического диапазона и упрощение пу путем исключения управляемых резисторов.

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

Усилитель постоянного тока с развязкой содержит первый операгщонный усилитель 1, первый резистор 2, первую общую шину 3, первичную обмотку 4 развязывающего трансформатора 5, первый и второй конденсаторы 6 и 7, первый и второй диоды 8 и 9, двухтактный транзисторный автогенератор

10с трансформаторной связью, первую и вторую коллекторные обмотки

11и 12, первый и второй КЗ-фильтры 13 и 14, второй операционный усилитель 15, измерительные резисторы 16 и 17, вторзто общую шину 18, второй резистор 19, компенсирующую обмотку 20, третий и четвертый диоды 21 и 22, третий конденсатор 23 и дополнительный конденсатор 24.

Усилитель постоянного тока с развязкой работает следующим образом.

Переменное напряжение, индуцируемое двз стактным транзи торным автогенератором 10 на первичной обмотке 4 развязывающего трансформатора 5 и компенсирующей обмотке 20, вьшрямпя- ется однополупериодными выпрямителями, вьтолнеиными на первом, втором, третьем и четвертом диодах 8,9,21 и 22 и после фильтрации на первом, втором, третьем и дополнительном

венство токов, потребляемых ОУ 1 по различным шинам питания, нарушается. Возникающий в сердечнике РТ 5 постоянный магнитный поток нарушает симметрию импульсов тока в коллекторных обмотках 11,12, в результате чего появляется дифференциальный сигнал на выходах ОУ 15. В КО 20 протекает ток, компенсирующий магнитный поток в сердечнике РТ 5. 1 ил.

5

0

5

0

5

0

конденсаторах 6,7,23 и 24 используется для питания первого и второго операционных усилителей 1 и 15. При нулевом входном сигнале токи, потребляемые первым и вторым операционными усилителями 1 и 15 по обоим шинам питания, равны между собой.

Подмагничивание в сердечнике раз- вязьшающего трансформатора 5 отсутствует. При этом, ввиду симметричности двухтактного транзисторного автогенератора 10, в течение обоих полупериодов переменного напряжения в первой и втррой коллекторных обмотках 11 и 12 протекают импульсы тока равной амплитуды и длительности, которые создают на измерительных резисторах 16 и 17 равные падения напряжения. Постоянные составляюпще напряжений, вьзделяемые первым и вторым RC-фильтрами 13 и 14, также равны между собой, следовательно, разность этих напряжений, поступающих на входы второго операционного усилителя 15, равна нулю, и выходное напряжение второго операционного усилителя 15 также равно нулю.

При подаче ненулевого входного сигнала равенство токов, потребляемых первым операционным усилителем 1 по различным шинам питания, нарушается . Входной сигнал положительной полярности приводит к увеличению тока, потребляемого от выпрямителя на первом диоде 8, а при смене полярности входного сигнала возрастает потребление от выпрямителя на втором диоде 9. Из-за использования одно- полупериодных выпрямителей на первом и втором диодах 8 и 9 токи, протекающие по первичной обмотке 4, в раз31

ные полупериоды переменного напряжения оказываются неравными. Йостоянная составляющая тока Ij в первичной обмотке 4 определяется величиной тока, протекающего через первый резистор 2, и может быть записана следующим образом

1

-Yji.

RO

где V - напряжение на входе усили- 0х

теля постоянного тока с

развязкой относительно первой общей шины 3; Ri - сопротивление первого резистора 2.

В сердечнике развязывающего трансформатора 5 возникает постоянный магнитный поток, величина которого определяется величиной, а направление - полярностью входного сигнала. Возникающий постоянный магнитный поток нарушает симметрию импульсов тока в первой и второй коллекторных обмотках 11 и 12, разность постоянных составляющих напряжений, выделяемых первым .и вторым RC-фильтрами 13 и 14, становится неравной нулю. На входах второго операционного усилителя 15 появляется дифференциальный сигнал, нарушающий равенство токов, потребляемых от выпрямителей на третьем и четвертом диодах 21 и 22. В результате по компенсирующей обмотке 20 протекает постоянный ток I , величина которого определяется выражением:

т N -Y&M

о f Р

R,g

где V - выходное напряжение усили- вых

теля постоянного тока с

развязкой относительно второй общей шины 18; R - сопротивление второго резистора 19.

Постоянный магнитный поток компенсирующей обмотки 20 направлен встречно по отношению к магнитному потоку, обусловленному протеканием постоянного тока по первичной обмотке 4. .Благодаря большому коэффициенту усиления второго -операционного усилителя 15 обеспечивается компенсация магнитных потоков в сердечнике развязывающего трансформатора 5. Если число витков в первичной и компенсирующей обмотках 4 и 20 одинаково, то при равенстве магнитных потоков равны и

82308 4

вызываюцще их токи. Коэффициент передачи усилителя постоянного тока с развязкой К в этом случае может, быть определен по формуле

5К -Вад

R,i

Формула изобретения Усилитель постоянного тока с

10 развязкой, содержащий первьш операционный усилитель, неинверстиру- ющий вход которого является входом усилителя постоянного тока с развязкой, а инвертирующий вход через

15 первый резистор соединен с первой

общей пшной, которая подключена к

первомз выводу первичной обмотки

развязываюп его трансформатора и к

первьш выводам первого и второго .

20 конденсаторов, вторые выводы которых подключены соответственно к катоду первого и аноду второго диодов и к соответствующим ишнам питания первого операционного усили25 теля, анод первого и катод второго диодов соединены с вторым выводом первичной обмотки развязывающего трансформатора, двухтактный транзисторный автогенератор с трансфорг зтор30 ной связью, первая и вторая торные обмотки которого являются обмотками развязывающего трансформатора, причем первые выводы коллекторных обмоток через первый и второй

35 RC-фильтры соединены с входами второго операционного усилителя и непосредственно - с первыми выводами со- ответствуюш 1х измерительных резисторов, вторые -ВЫВОДЫ которых соедине40 ны с второй общей шиной и с первым выводом второго резистора, второй вывод второго резистора является выходом усилителя постоянного тока с развязкой, а также компенсирующую

45 обмотку развязьшающего трансформатора, третий и четвертый диоды и третий конденсатор, первый вывод которого соединен с катодом третьего диода, анод третьего диода соединен с като0 дом четвертого диода, отличаю- щ и й- с я тем, что, с целью расширения диапазона и упрощения путем исключения управляемых резисторов, анод третьего диода соединен с пер5 вым выводом компенсирующей обмотки, второй вывод которой соединен с второй общей щиной и вторым выводом третьего конденсатора, анод четвертого и катод третьего диодов подключены к

512823086

соответствуннцим шинам питания второ- онного усилителя соединен с инвер- го операционного усилителя, между тирующим входом первого операционно- анодом четвертого диода и второй об- го усилителя, а выход второго опера- щей шиной включен дополнительный ционного усилителя - с вторым выво- конденсатор, выход первого операци- дом второго резистора.

Изобретение может использоваться для гальванической развязки аналоговых сигналов в системах сбора данных. Цель изобретения - расширение динамического диапазона и упрощение путем исключения управляемых резисторов. Усилитель постоянного тока с развязкой содержит операционные усилители (ОУ) 1,15, резисторы 2,19, общие шины 3,18, развязывающий трансформатор (РТ) 5 с первичной обмоткой 4, конденсаторы 6,7,23,24, диоды 8,9,21,22, двухтактный транзисторный автогенератор 10 с трансформаторной связью, кол-пекторныд обмотки 11,12,Е8-фильтры 13,14, измерительные резисторы 16,17, компенBxeff СЛ tc 00 ГС со о 00