Развязывающий усилитель Советский патент 1987 года по МПК H03F3/38 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в информационно-измерительных системах и автоматизированных системах управления технологическими процессами.

Цель изобретения по.вынгение точности коэффициента передачи и быстродействия,

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема рггзвязывающего усилителя; на фиг.2 - источник опорного напряжения, вариант; на фиг.З - временные диаграммы напряжений в узловых точках развязывающего усилителя.

Развязывающий усилитель (фиг.1) содержит дифферендаальный каскад 1,

полупериодных выпрямителей. Эти импульсы выпрямляются и фильтруются первым 2 и вторым 3 однополупериодны- ми вьшрямителями, на выходах которых формируется напряжения питания, не- .обходимые для дифференциального каскада 1, По завершении импульса питания в обмотках трансформаторов 11

Q и 12 формируются импульсы напряжения обратной полярности, обусловленные токами намагничивания трансформаторов 1 и 12 (фиг.З б,в).

В частности, на входньгх обмотках

15 13 и 14 формируются напряжения относительно общего вывода первого 2 и второго 3 однополупериодных выпрямителей соответственно отрицательной и положительной полярности. При этом

первый 2 и второй 3 однополупериодные 20 амплитуда обратного выброса напряже- выпрямители, первьй 4 и второй 5 ис- ния во входной обмотке 13 и соответственно во всех обмотках трансформатора 1 ограничивается через первый

точники опорного напряжения, первый 6 и второй 7 диоды, резистор 8, первый 9 и второй 10 резисторы обратной

диод 6 напряжением на отрицательной

связи, трансформаторный элемент свя- 25 шине второго источника 5 опорного

35

40

зи, выполненный на трансформаторах II и 12 с входными -обмотками 13 и 14,обмотками 15 и 16 питания, выходными обмотками 17 и 18, диоды 19 и 20, импульсный источник 21 питания, де- ЗО модулятор, выполненный на элементе 22 выборки-хранения, одновибратор 23, элемент ИЛИ 24, причем первый 4 и второй 5 источники опорного напряжения выполнены (фиг,2) на стабилитронах 25 и 26 и конденсаторе 27..

На фиг.З показаны временные диаграммы напряжения входного сигнала, напряжения на обмотках трансформатора llj напряжения на обмотках трансформатора 12, напряжения на входе элемента выборки-хранения, напряжения на управляющем входе элемента выборки-хранения, выходного напряжения развязьшающего ус1-шителя.

Развязывающий усилитель работает следующим образом.

На обмотки 15 и 16 пиатния трансформаторов .11 и 2 через диоды 19 и 20 соответственно пост лпают импульсы от импульсного, источника 21 питания, входные обмотки 13 и 14 и обмотки 15 и 16 питания рассчитаны так, что на входной обмотке 13 и на входной обмотке 14 в течение импульса питания формируются импульсы соответственно положительной и отрицательной.полярности относительно общего вывода первого 2 и второго 3 одно45

50

.

3508192

полупериодных выпрямителей. Эти импульсы выпрямляются и фильтруются первым 2 и вторым 3 однополупериодны- ми вьшрямителями, на выходах которых формируется напряжения питания, не- .обходимые для дифференциального каскада 1, По завершении импульса питания в обмотках трансформаторов 11

Q и 12 формируются импульсы напряжения обратной полярности, обусловленные токами намагничивания трансформаторов 1 и 12 (фиг.З б,в).

В частности, на входньгх обмотках

15 13 и 14 формируются напряжения относительно общего вывода первого 2 и второго 3 однополупериодных выпрямителей соответственно отрицательной и положительной полярности. При этом

диод 6 напряжением на отрицательной

5

О

напряжения. Аналогично во входной обмотке 14 напряжение обратного выброса ограничивается напряжением на положительной шине первого источника 4 опорного напряжения.

Резистор 8, первый 9 и второй 10 резисторы обратной связи определяют коэффициент передачи дифференциального каскада 1, при их равенстве он работает в режиме инвертора с коэффициентом передачи, равным 0,5.

Напряжения в точках А и Б схемы (фиг.1) связаны соотношениями

и/,

и,

+ Ug - Uoi Us 2 и

+ и

01

SblX

(П (2)

де и,, и,, - и„

8ЫХ

напряжения соответственно первого 4 и второго 5 источников опорного напряженияJ выходное напряжение развязывающего усилителя.

Напр.яжения обратньгх выбросов в обмотках трансформаторов 11 и 12 в интервалы времени от момента заднего фронта импульса питания до момента

спадан.ия тока намагничивания I в

о

соответствующих трансформаторах до нуля без учета паразитных емкостей описываются выражениями

а

L ,- L -.

L, - L

ьГ

(U, - I,,R,

i -R,U,t;

u LIL(U, - i,,R,)

LI

L, - L

где индексы 1 и 2

LI

.U.t,

(4)

L L, R 20

относятся к параметрам трансформаторов 11 и 12 соответственно; индуктивность обмотки трансформатора; индуктивность рассеяния обмотки; ток намагничивания в момент завершения импульса питания; эквивалентное сопротивление потерь, вносимых сопротивлением обмотки, диодами и источником опорного напряжения При этом

и,

где U2 Ug -(- UD2 D и Dj - падение напряжения соответственно на первом 6 и втором 7 диодах.

Выходные обмотки 17 и 18 включены последовательно так, что результиру- 35 Д ющее напряжение представляет собой разность напряжений,формируемых в обмотках трансформаторов 11 и 12. При идентичных параметрах трансформаторов 11 и 12 первого 6 и второго 7 диодов и первого 4 и второго 5 источников опорногонапряжения соответственно результирующее напряжение

На выходе элемента ИЛИ 24 формируется импульс, длительность которого равна длительностей импульса питания и импульса одновибратора 23. Данньм импульс, поступая на управляющий вход элемента 22 выборки-хра10

и, + и,.;

нения, переводит его в режим слежения. Поэтому элемент 22 выборки-хра-

g нения в каждый период питающих импульсов предварительно обнуляется нулевым сигналом на входе в течение импульса питания, а затем в моме:-гт окончания импульса одновибратора 23 запоминает значение входного сигнала, представляющего собой разность напряжений обратных выбросов, формируемых в обмотках трансформаторов 11 и 12. Этим обеспечивается стационар25 ность переходных процессов, имеющих место в элементе 22 выборки-хранения, при высокой скорости обновления информации на выходе элемента 22 выборки-хранения.

30

Коэффициент передачи развязьшаю- щего ус1шителя при этом равен

К

L LJS

, , R - )

(7)

fl длительность импульса одно- вибратора 22.

Из выражений (3), (4), (6) и (7) видно, что удвоенному приращению выходного напряжения развязывающего 40 усилителя соответствует одинарное приращение амплитуды обратного выброса в обмотках каждого трансформатора (И и 12), что, в свою очередь.

на входе элемента 22 выборки-хранения позволяет уменьшить погрепшости, во время действия импульса питания 5 обусловленные нелинейностью модуляционной характеристики, обратного выброса (повышение точности), а также

равно нулю, а в моменты времени, соответствующие плоской части импульуменьшить максимальные длительности обратного выброса, соответствующие

са напряжения обратного выброса наименьшей длительности, равно

U(t) 2

при

О t

- наименьщая длительность плоской части импульса обратного выброса одного из трансформаторов: 11 или 12 (фиг.З).

508194

По заднему фронту импульсов питания запускается одновибратор 23, вырабатывающий импульсы фиксированной длительности, .удовлетворяющей услоВИЮ (6).

На выходе элемента ИЛИ 24 формируется импульс, длительность которого равна длительностей импульса питания и импульса одновибратора 23. Данньм импульс, поступая на управляющий вход элемента 22 выборки-хра10

нения, переводит его в режим слежения. Поэтому элемент 22 выборки-хра-

нения в каждый период питающих импульсов предварительно обнуляется нулевым сигналом на входе в течение импульса питания, а затем в моме:-гт окончания импульса одновибратора 23 запоминает значение входного сигнала, представляющего собой разность напряжений обратных выбросов, формируемых в обмотках трансформаторов 11 и 12. Этим обеспечивается стационарность переходных процессов, имеющих место в элементе 22 выборки-хранения, при высокой скорости обновления информации на выходе элемента 22 выборки-хранения.

30

Коэффициент передачи развязьшаю- щего ус1шителя при этом равен

L LJS

, , R - )

(7)

Д

fl длительность импульса одно- вибратора 22.

Из выражений (3), (4), (6) и (7) видно, что удвоенному приращению выодного напряжения развязывающего усилителя соответствует одинарное приращение амплитуды обратного выброса в обмотках каждого трансформатора (И и 12), что, в свою очередь.

уменьшить максимальные длительности обратного выброса, соответствующие

50 его малым амплитудам (повышение быстродействия). Кроме того, компенсируются погрешности, вносимые основными элементами схемы (диодами, резисторами, источниками опорных на55 пряжений и трансформаторами). При этом имеется возможность передавать биполярные сигналы, время демодуляции которых не превьш1ает длительност периода питающих импульсов.

Формула изобретени

1.Развязывающий усилитель,содержащий входной дифференциальный каскад, инвертирующий вход которого через первый резистор обратной связи подключен к аноду первого диода, катод которого соединен с входом первого однополупериодного выпрямителя,, трансформаторный элемент связи, две входные обмотки которого включены последовательно и согласно, а их общий вывод соединен с общей шиной, другие вьшоды входных обмоток через соответственно первый и второй одно- полупериодные выпрямители подключены к шинам питания дифференциального каскада, инвертирующий вход которого через второй резистор обратной связи соединен с положительной шиной первого источника, опорного напряжения, демодулятор, входы которого соединены с выходной обмоткой трансформаторного элемента связи, а выход является выходом развязьшающего усилителя, а также импульсный источник питания и обмотку питания трансформаторного элемента связи, отличающий- с я тем, что, с целью повьш1ения точности коэффициента передачи, вве- .ден второй источник опорного напряжения, отрицательная шина которого соединена с анодом первого диода, положительная шина - с выходом дифференциального каскада и с отрица - тельной шиной jiepBoro источника опорного напряжения, положительная шина которого подключена к катоду введенного второго диода, анод которого

5

0

5

0

5

0

соединен с входом второго однополупериодного выпрямителя, инвертирующий вход дифференциального каскада соединен с одним выводом введенного резистора, другой вывод которого является входом развязывающего усилителя, а неинвертирующий вход дифференциального каскада соединен с общей шиной, при этом обмотка питания трансформаторного элемента связи выполнена в виде двух обмоток, включенных последовательно и встречно, общий вьшод которьк соединен с общим выводом импульсного источника питания, а другие выводы через соответствующие введенные дополнительные диоды подключены к выходу импульсного источника питания, вькодная обмотка трансформаторного элемента связи выполнена в виде двух обмоток, соединенных последовательно и встречно , причем трансформаторный элемент связи выполнен в виде двух трансформаторов с соответствующими одноименными обмотками.

I

2. Усилитель по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, демодулятор выполнен в виде элемента выборки- хранения, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом демодулятора, управляющий вход элемента выборки-хранения соединен с выходом элемента ИЛИ, один вход которого подключен к выходу импульсного источника питания и входу одновибратора, выход которого соединен с другим входом элемента ИЛИ.,

025

27

26

0фиг.г

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - . повьпиение точности коэффициента передачи и быстродействия. Развязывающий у-ль содержит дифференциальный каскад 1, однополупериодные выпрямители 2 и 3, источники 4 и 5 опорного напряжения, диоды 6,7,19 и 20, резистор 8, резисторы 9 и 10 обратной связи, трансформаторный эл-т связи, состояпщй иё трансформаторов 11 и 12 с обмотками 13-18, импульсный источник 2 питания и демодулятор, состоящий из эл-та выборки-хранения 22, одновибратора 23 и эл-та ИЛИ 24. При таком выполнении устр-ва удвоенному приращению выходного напряжения у-ля соответствует одинарное приращение амплитуды обратного выброса в обмотках каждого из трансформаторов 11 и 12. Это позволяет уменьшить погрешности, обусловленные нелинейностью модуляционной характеристики обратного выброса, что повышает точность, а также уменьшить максимальные длительности обратного выброса, соответствующие его малым амплитудам, что повышает быстродействие. Кроме того, в у-ле компенсируются погрешности, вносимые основными эл-тами схемы, и имеется возможность передав.ать биполярные сигналы, время демодуляции которых не превьш1ает длительности периода питающих импульсов. 1 з.Л, ф-лы, 3 ил. i (Л со СП о 00 со

g

Vn

u

LA

сриг.З

Составитель И.Водяхина Редактор И.Горная Техред и.Попович Корректор Г.Решетник

Заказ 5297/56 Тираж 900Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,А

4r