Устройство емкостной гальванической развязки Советский патент 1988 года по МПК H03K17/567 

5

00

о 0

Изобретение относится к импульс- , ной технике и может быть использовано для передачи потенциалов и импульсов между цифровыми устройствами и абонентами.

Цель изобретения - повьшение быстродействия и помехоустойчивости за счет уменьшения задержки переднего и

второго элемента И-НЕ 6 и через десятый диод 16 с входной шиной 27, второй вывод второго конденсатора 18 подключен к выходу второго элемента И-НЕ 6, второй вход которого соединен с вторым входом первого элемента И-НЕ 5 и выходом генератора 2. Двустабильный блок J содержит

Изобретение относится к импульсной технике н может быть использовано для передачи потенциалов и импуль- сов между цифровыми устройствами и абонентами. Цель изобретения - повышение быстродействия и помехоустойчивости - достигается за счет уменьшения задержки переднего и заднего фронтов выходного сигнала относительно входного, а также обеспечения избирательных свойств по амплитуде и частоте входного сигнала. Устройство содержит двустабильный блок 1, генератор 2, транзистор 3, инвертор 4, элементы И-НЕ 5 и 6, диоды 7-16, конденсаторы 17-19, резисторы 20-22, входные 23 и 27 и выходные 24 и 26 шины и шину 25 питания. Состав блока 1 и генератора 2 показан на чертеже. Быстродействие и помехоустойчивость предложенного устройства емкостной гальванической развязки вьш1е,чем у прототипа. Кроме того, устройство имеет меньший вес и габариты, больший КПД и может быть реализовано в интегральном исполнении. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. (Л

заднего фронтов выходного сигнала от- ю транзисторный переключатель 28, эмитносительно входного и обеспечения избирательных свойств по амплитуде и частоте входного сигнала.

На чертеже представлена схема устройства емкостной гальванической раз- вязки.

Устройство емкостной гальванической развязки содержит двустабильный блок 1, генератор 2, транзистор 3, инвертор 4, первый 5 и второй 6 элементы И-НЕ, десять диодов 7-16, три конденсатора J7-J9 и три резистора 20-22f причем выход двустабильно- го блока 1 подключен к выходной шине 23, база транзистора 3 через пер- вьш резистор 20 соединена с общей входной шиной 24, коллектор транзистора 3 подключен к шине 25 питания, а змиттер - к одному питающему выводу генератора 2, другой питаюь i вывод которого соединен с общей входной шиной 24, первым выводом второго резистора 21 и через первый конденсатор 17 с первыми выводами первого 7 и второго 8 диодов, общей выходной шиной 26 и одним выводом третьего диода 9, другой вывод которого подключен к первому выводу второго конденсатора J8 и через четверый диод 10 к одному вьшоду третьего резистора 22, другой вывод которого соединен с вторым выводом первого диода 7 и первым входом двустабильного блока 1, второй вход которого через пятый диод JJ подключен к второму выводу второго диода 8 и одному выводу третьего конденсатора J9, другой вывод которого соединен с вторым выводом второго резистора 2, первым выводом шестого диода J2 и через седьмой диод 13 с выходом первого элмента И-НЕ 5, первый вход которого подключен к выходу инвертора 4, вто рому вьшоду шестого диода 12 и через восьмой диод 14 к базе транзистора 3 и одному выводу девятого диода 15, другой вывод которого соединен с входом инвертора 4, первым входом

5

0

терньй повторитель 29, разделительный 30, зарядный 3J и разряднЕж 32 диоды, конденсатор 33, резистор 34 и транзистор 35, коллектор которого подключен к входу эмиттерного повторителя 29, первому выводу зарядного диода 31 и через резистор 34 к шине питания 36, первому выводу разрядного диода 32, первым питающим выводам транзисторного переключателя 28 и эмиттерного повторителя 29, вторые питающие выводы которых соединены с общей выходной шиной 26, эмиттером транзистора 35 и одним выводом кон- 5 денсатора 33, другой вывод которого подключен к вторым выводам зарядного 31 и разрядного 32 диодов, выход транзисторного переключателя 28 соединен с первым выводом разделительного диода 30 и первым входом двуста- бильного блока J, второй вход которого подключен к второму выводу разделительного диода 30 и базе транзистора 35, выход эмиттерного повторителя 29 соединен с входом транзисторного переключателя 28 и выходом двустабильного блока 1.

0

5

Генератор 2 содержит первый 37

второй 38 транзисторы разного типа проводимости, стабилитрон 39, диод 40, конденсатор 41, первый 42 и второй 43 резисторы, причем коллек-т . тор первого транзистора подключен к

выходу генератора 2, первому выводу диода 40 и через первый резистор 42 к первому выводу второго резистора 43 и первому питающему выводу генератора 2, второй питающий вывод которого соединен с первым выводом

конденсатора 41, первым выводом стабилитрона 39 и эмиттером первого транзистора 37, база которого подключена к коллектору второго транзистора 38, база которого соединена с вторыми выводами стабилитрона 39 и диода 40, а эмиттер - с вторыми выводами конденсатора 41 и второго резистора 43.

Кроме того,на чертеже показаны первый 44 и второй 45 источники питания, резисторы 46, 47 смещения и цепи питания инвертора 4 и элементов И-НЕ 5 и 6.

Устройство емкостной гальванической развязки работает следующим образом.

13

Пусть на вход устройства подан вы- ю ключает от схемы заряженный накописокий потенциал, который одновременно подается на вход инвертора 4, на выходе которого возникает низкий запрещающий потенциал для первого элемента 5 И-НЕ и на его выходе - высокий потенциал, на базу транзистора 3 через девятый диод 15 и на первый вход второго элемента И-НЕ 6, при этом на выходе генератора 2 высокий

потенциал, который подается на второй 20 могут возникнуть на шине питания втовход второго элемента И-НЕ 6. На его выходе низкий уровень напряжения,который поступает на дифференцирующую цепь, состоящую из второго конденсатора 18, третьего 9 и четвертого 10 диодов, третьего резистора 22, первого диода 7, дифференцируется и проходит через первый диод 7 на общую выходную шину 26 и через первый конденсатор. 17 - на общую входную шину 24. При этом происходит шунтирование первым диодом 7 выхода транзисторного переключателя 28 двустабильного блока 1. На базе транзистора 35 возникает низкий потенциал отрицательной полярности, что ускоряет его закрьша- ние, и на его коллекторе возникает высокий потенци.ал, который через эмиттерный повторитель проходит на выход устройства.

В исходном состоянии при отсутствии входного сигнала и при включении первого 44 и второго 45 источников питания на выходе устройства всегда наблюдается низкий потенциал. Это происходит за счет заряда накопительного конденсатора 33 двустабильного блока 1, который в момент включения второго источника 45 питания представляет малое сопротивление и величина напряжения этого источника падает на резисторе 34 и зарядном диоде 31, что приводит к возникновению низкого потенциала на выходе эмиттер- ного повторителя 29, двустабильного блока J, а следовательно, на выходе устройства и входе транзисторного переключателя 28, на выходе которого возникает высокий потенциал, кото30

35

рого источника 45 питания, в устройство поступают импульсы с генератора 2. подтверждающие начальное состояние двустабильного блока J, т.е.уве- 25 личивают надежность работы устройства. Происходит это следующим образом. При низком уровне входного сигнала на выходе инвертора 4 высокий потенциал, который поступает через восьмой диод 1 4 и первый резистор 20 на базу транзистора 3 и запускает генератор 2. Запуск генератора 2 происходит от переднего фронта входного сигнала или сигнала, подаваемого с выхода инвертора 4, когда на входе устройства низкий потенциал. Такая подача питания на генератор 2 обеспечивает синхронный его запуск от переднего фронта сигнала, подаваемого с выхода инвертора 4 или входа устройства, и сводит к минимуму задержки выходных импульсов генератора 2, снимаемых с его выхода относительно соответствующих фронтов входного сигнала. С выхода генератора 2 импульсы поступают на вторые входы первого 5 и второго 6 элементов И-НЕ соответственно. На выход второго элемента И-НЕ 6 импульсы с выхода генератора 2 поступить не могут, так как на первый вход второго элемента И-НЕ 6 подан низкий запрещающий потенциал, поэтому на - его выходе высокий потеициал. С выхода генератора 2 поступают импульсы, которые инвертируются первым элементом И-НЕ 5 и поступают через седьмой диод 13 на вход дифференцирующей цепи, состоящей из второго резистора 21, третьего конденсатора 19, вто40

45

50

55

0767 рый

поступает через разделительный диод 30 на базу транзистора 35, от- крьшает его и поддерживает его в насыщенном состоянии неопределенно долгое время. Накопительный конденсатор 33 заряжается до величины напряжения источника 45 питания, после чего зарядный диод 3J запирается и оттельный конденсатор 33. При возникновении на шине второго источника 45 питания помехи отрицательной полярности происходит разряд накопительно- го конденсатора 33 через разрядный диод 32, приводящий к компенсации этой помехи, на выходе устройства эта помеха не наблюдается.

Кроме компенсации помех, которые

0

5

рого источника 45 питания, в устройство поступают импульсы с генератора 2. подтверждающие начальное состояние двустабильного блока J, т.е.уве- 5 личивают надежность работы устройства. Происходит это следующим образом. При низком уровне входного сигнала на выходе инвертора 4 высокий потенциал, который поступает через восьмой диод 1 4 и первый резистор 20 на базу транзистора 3 и запускает генератор 2. Запуск генератора 2 происходит от переднего фронта входного сигнала или сигнала, подаваемого с выхода инвертора 4, когда на входе устройства низкий потенциал. Такая подача питания на генератор 2 обеспечивает синхронный его запуск от переднего фронта сигнала, подаваемого с выхода инвертора 4 или входа устройства, и сводит к минимуму задержки выходных импульсов генератора 2, снимаемых с его выхода относительно соответствующих фронтов входного сигнала. С выхода генератора 2 импульсы поступают на вторые входы первого 5 и второго 6 элементов И-НЕ соответственно. На выход второго элемента И-НЕ 6 импульсы с выхода генератора 2 поступить не могут, так как на первый вход второго элемента И-НЕ 6 подан низкий запрещающий потенциал, поэтому на - его выходе высокий потеициал. С выхода генератора 2 поступают импульсы, которые инвертируются первым элементом И-НЕ 5 и поступают через седьмой диод 13 на вход дифференцирующей цепи, состоящей из второго резистора 21, третьего конденсатора 19, вто0

5

0

5

рого 8 и пятого 11 диодов. Через пя тьш диод 11 импульсы положительной полярности поступают на базу транзистора 35 и подтверждают его состояние насыщения разделительный ди- од 30 оказьшается при этом запертым на время действия импульса. Таким образом, двустабильный блок 1 сохраняет первоначальное состояние.

I

Генератор 2 работает следующим образом. При подаче на базу транзистора 3 импульса или потенциала через девятый 15 или восьмой 1А диоды кон- сенсатор 41 разряжен, оба транзисто- ра 37 и 38 закрыты, диод 40 закрыт обратным напряжением, ток через стабилитрон 39 отсутствует, на выходе генератора 2 высокий потенциал, практически равный выходному напряжению инвертора 4 или амплитуде входного сигнала. Времязадающий конденсатор 4 заряжается от первого источника 44 питания через открытый транзистор 3 и резистор 43. Когда напряжение на времязадающем конденсаторе 41 превысит напряжение пробоя стабилитрона 39, возникает ток через эмиттер- ный переход транзистора 38 и стабилитрон 39. Это приводит к во 1кнове нию тока коллектора транзистора 38, который, протекая через переход база - эмиттер транзистора 37, приводит к его открыванию и уменьшению потенциала на выходе генератора 2, так как напряжение падает на нагрузочном резисторе 42. Когда потенциал на выходе генератора 2 становится меньше напряжения пробоя стабилитрона 29, открывается диод 40, а стабилитрон 39 закрывается. Протекание тока через эмиттерньш переход транзистора 38 и диод 40 приводит к еще большему открыванию транзисторов 37 и 38, в результате чего возникает лавинообраз- ный процесс открьшания транзисторов 37 и 38, который заканчивается их насьщением и уменьшением потенциала на выходе генератора 2 практически до нуля. Времязадающий конденса- тор 4,разряжается через насьщенные транзисторы 37 и 38, ток разряда его уменьшается, и транзисторы 37 и 38 выходят из режима насьщения в активную область. Это приводит к увеличе- нию потенциала на выходе генератора 2 что, в свою очередь, приводит к закрыванию транзисторов 37 и 38. Возникает лавинообразный процесс закрывания обоих транзисторов и возврат схемы в исходное состояние,

В дальнейшем процессы в генераторе 2 повторяются. Помеха положительной полярности, возникшая на шине второго источника 45 питания, не может вызвать ложного срабатывания дву стабильного блока 1, так как она проходит через прямо смещенный зарядный диод 3J, накопительный конденсатор 33 на общую выходную шину 26. Помеха отрицательной полярности на вход устройства пройти не может из- за десятого диода 36.

Помехи положительной или отрицательной полярности, которые могут возникнуть на шине 25 первого источника 44 питания, не в состоянии изменить состояние двустабильного блока 1, так как для этого необходим сигнал определенной амплитуды и длительности, которыми обладает полезный сигнал.

При изменении входного сигнала с высокого уровня на низкий происходит снова срыв работы генератора 2, на выходе инвертора 4 высокий потенциал который передается через шестой диод 12 на дифференцирующую цепь, состоящую из третьего конденсатора 19, второго 8 и пятого 11 диодов, на базу транзистора 35 двустабильного блока J ,

Переключающий транзистор 35 входит в режим насыщения, на выходе устройства низкий потенциал.

Быстродействие и помехоустойчивость предлагаемого устройства емкосной гальванической развязки вьш1е, чем у известных, за счет уменьшения задержки переднего и заднего фронтов выходного сигнала относительно входного и обеспечения избирательных свойств по амплитуде и частоте входного сигнала Кроме того, предлагаемое устройство имеет меньшие габариты и вес, более высокий КПД и может быть реализовано в интегральном исполнении.

Формула изобретения

к выходной шине, база транзистора через первый резистор соединена с общей входной пшной, отличающееся тем, что, с целью повьше- ния быстродействия и помехоустойчивости, введены генератор, инвертор, первый и второй элементы И-НЕ, восемь диодов и три конденсатора, причем коллектор транзистора подключен к ши- не питания, а эмиттер - к первому питающему выводу генератора, второй питающий вывод которого соединен с общей входной шиной, первым выводом второго резистора и через первый кон- денсатор с первыми выводами первого ; и второго диодов, общей выходной шиной и одним выводом третьего диода, другой вьшод которого подключен к первому выводу второго конденсатора и через четвертый диод к одному выводу третьего резистора, другой вывод которого соединен с вторым выводом первого диода и первым входом двуста- бильного блока, второй вход которого через пятый диод подключен к второму выводу второго диода и одному выводу третьего конденсатора, другой вывод которого соединен с вторым выводом второго резистора, первым выводом шестого диода и через седьмой диод - с выходом первого элемента Н-НЕ, первый вход которого подключен к выходу инвертора, второму выводу шестого диода и через восьмой диод - к базе транзистора и одному выводу девятого диода, другой вывод которого соединен

с входом инвертора, первым входом второго элемента И-НЕ и через десятый диод - с входной шиной, второй вывод второго конденсатора подключен к выходу второго элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с вторым входом первого элемента И-НЕ и выходом генератора.

2, Устройство по п.1, отличающееся тем, что двустабиль- ный блок содержит транзисторный переключатель, эмиттерный повторитель, разделительный, зарядный и разрядный диоды, конденсатор, резистор и транзистор, коллектор которого подключен

к входу эмиттерного повторителя, первому выводу зарядного диода и через резистор к шине питания, первому выводу разрядного диода, первым питающим выводам транзисторного переключателя и эмиттерного повторителя, вторые питающие вьшоды которых сое- динень с общей выходной шиной, эмиттером транзистора и одним выводом конденсатора, другой вьшод которого подключен к вторым выводам зарядного и разрядного диодов, выход транзисторного переключателя соединен с первым выводом разделительного диода и первым входом двустабильного блока, второй вход которого подключен к второму выводу разделительного диода и базе транзистора, выход эмиттерного повторителя соединен с входом транзисторного переключателя и выходом двустабильного блока.