Развязывающий усилитель Советский патент 1988 года по МПК H03F3/38 

05 ND СЛ

Изобретение относится к аналого-цифровой технике. Цель изобретения - расширение в.ходного динамич. диапазона при сохранении точности коэф. передачи. Усилитель содержит г-р 1 тактовых импульсов, импульсный тр-р 2, дополнительный импульсный тр-р 3, транзисторные ключи 4 и 5, усилитель 6 постоянного тока, накопительные конденсаторы 7-9, источники 10-12 импульсною тока, компараторы 13, 14, RS-триг- гер 15, резисторы 16, 17. Коэф. усиления усилителя 6 выбирается вдвое большим коэф. передачи развязывающего усилителя. Главным параметром, определяющим точность, является чувствительность компаратора, при условии кампенсаиии начального смещения. Нестабильность частоты, длительности и амплитуды импульсов г-ра 1 не влияют на точность, поскольку она вызывает равные изменения как в первичных, так и во вторичных цепях усилителя. В условиях воздействия дистабилизирующих факторов равенство значений емкостей конденсаторов и токов легко обеспечивается за счет использования в первичных и вторичных цепях эл-тов, расположенных в одной интегральной схеме. 1 3. п. ф-лы, 3 ил. с (Л с

фи$.2.

1

Изобретение относится к аналого-цифровой технике и может использоваться в контрольно-измерительных и информационных системах различного назначения для связи ЭВМ с объектами, требующими гальванического разделения источников аналоговых сигналов.

Цель изобретения - расширение входного динамического диапазона при сохранении точности коэффициента передачи.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема развязывающего усилителя; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема источника импульсного тока; на фиг. 3 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу, развязывающего усилителя.

Развязывающий усилитель (фиг. 1) содержит генератор 1 тактовых импульсов (ГТИ), импульсный трансформатор 2, дополнительный импульсный трансформатор 3, первый и второй транзисторные ключи 4 и 5, усилитель 6 постоянного тока (УПТ), первый, второй, третий накопительные конденсаторы 7, 8 и 9, первый, второй и третий источники 10, 11 и 12 импульсного тока, первый, второй компараторы 13 и 14, RS-триггер 15, первый, второй резисторы 16 и 17, при этом импульсный трансформатор 2 выполнен с первой, второй, третьей вторичными обмотками 18, 19 и 20 и с первой, второй первичными обмотками 21 и 22 дополнительный импульсный трансформатор 3 выполнен с вторичной обмоткой 23 и первичной обмоткой 24, первый, второй, третий источники 10, 11 и 12 импульсного тока (фиг. 2) выполнены на первом, втором транзисторах 25 и 26 и резисторе 27, первом и втором источниках 28 и 29 питания.

Развязывающий усилитель работает следующим образом.

При включении напряжений питания и равенстве нулю напряжения на конденсаторе 9 (фиг. 2) сигналом с компаратора 14 RS-триггер 15 устанавливается в выключенное (исходное) состояние, при котором на обратном выходе триггера 15 формируется положительный уровень (фиг. 3 а). Этот уровень устанавливает транзисторный ключ 5 в замкнутое состояние, при котором с момента to (фиг. 3) положительные импульсы (фиг. 3 б) с генератора 1 тактовых импульсов поступают на конец первичной обмотки 22 импульсного трансформатора 2. Положительными импульсами (фиг. 3 в), наведенными во вторичных обмотках 18 и 20 импульсного трансформатора 2, происходит открывание транзисторов 25 (фиг. Зг,д) и соответственно заряд конденсаторов 7 и 9. За время действия одного импульса напряжение на конденсаторах 7 и 9 увеличивается на величину, определяемую заданной точностью коэффициента передачи развязывающего усилителя. Потеря заряда конденсаторов в паузе to...ti (фиг. 3) между импульсами не должна превышать значения чувствительности компараторов 13 и 14. Одновременно от

0

5

0

5

0

5

0

5

рицательными импульсами (фиг. 3 з) наведенными во вторичной обмотке 19 импульсного трансформатора 2, производится открывание базового перехода транзистора 26 (фиг. 2) в источнике 11 импульсного тока. Из-за равенства напряжения Ез источника 29 на коллекторе транзистора 26 значению амплитуды импульсов на его эмиттере импульсный ток через коллекторный переход отсутствует, что обеспечивает сохранение разряженного до нуля состояния (фиг. Зе) конденсатора 8 на все время поступления отрицательных импульсов с обмотки 19 в интервале времени tii...t.j (фиг. 3). Заряд конденсаторов 7 и 9 продолжается до момента t2 (фиг. 3), когда напряжение (фиг. Зг) на конд(нсаторе 7 достигнет уровня входного напряжения. Напряжение (фиг. 3d) на конденсаторе 9 также равно входному в момент - (фиг. 3) при условии равенства емкостей конденсаторов 7 и 9 и их зарядных токов. В момент сравнения импульсным сигналом (фиг 3 ж) с выхода компаратора 13 через обмотки 23 и 24 импульсного трансформатора 3 производится переключение RS-триг- гера 15 в состояние, при котором на его прямом выходе формируется положительный уровень, а на обратном - нулевой. С момента t.) (фиг. 3) транзисторный ключ 5 закрывается, а через замкнувшийся ключ 4 импульсы (фиг. 3 6) с генератора I тактовых и.мпу. 1ьсов поступают па начало первичной обмотки 21 импульснот О трансформатора 2. Положительными импу.пьсами (фиг. 3 з) со вторичной обмотки 19 производится открывание транзистора 25 (фиг. 2) источника 11 импульсного тока. Импульсами тока от источника 28 -|-Е| начинается ступенчатый заряд (фиг. 3 е) конденсатора 8. Одновременно отрицательными импульсами (фиг Зй), наведенными во вторичных обмотках 18 и 20 импульсного трансформатора 2, осуществляется открывание транзисторов 26 (фиг. 2) в источниках 10 и 12 импульсного тока. Импульсами тока от источников 29 (фиг. 2) -Ео производится ступенчатый разряд (фиг. 3 г и d) соответственно конденсаторов 7 и 9. Разряд конденсатора 9 заканчивается в момент ts (фиг. 3) когда напряжение на нем упадет до нулевого уровня, фиксируемого компаратором 14.

За время ta.-.ts (фиг. 3) напряжение на конденсаторе 8 достигает уровня входного сигнала при условии равенства емкостей конденсаторов 7, 8 и 9 и их зарядных токов. В момент ts (фиг. 3) по сигналу (фиг 3 ы) с компаратора 14 RS-триггер 15 вновь устанавливается в исходное состояние и далее с первым тактовым импульсом повторяется процесс, описанный ранее для интервала to...t5 (фиг. 3), только с той разницей, что конденсатор 8 не сохраняет свой уровень как в интервале to...t.j (фиг. 3), а разряжается до нуля в интервале te... (фиг. 3). Затем в интервале t8...t9 (фиг. 3) происходит разряд до нуля конденсатора 7, а в интервале

t8...tio (фиг. 3) происходит разряд до нуля конденсаторов 7, 9 и заряд до входного уровня конденсатора 8.

Таким образом, сигналы (фиг. 3 (9 и е) соответственно на конденсаторах 9 и 8 напоминают приближенно синусоидальные напряжения с равными амплитудными и отличными на 180° фазами. С помощью резисторов 16 и 17 осуществляется суммирование этих сигналов на входе УПТ 6. На выходе УПТ 6 с момента to (фиг. 3 к) устанавливается постоянное напряжение с уровнем, равным средней составляющей входных сигналов (фиг. 3 с и е). Отсюда коэффициент усиления УПТ 6 выбирается вдвое большим требуемого значения коэффициента передачи развязывающего усилителя. Главным параметром, определяющим точность в предлагаемом развязывающем усилителе, является чувствительность компаратора при условии компенсации начального смещения. Нестабильность частоты, длительнос1И и амп;1и- туды импульсов генератора 1 не влияют на точность, поскольку она вызывает равные изменения как в первичных, так и во вторичных цепях развязывающего усилителя. В условиях воздействия дистабилизирующих факторов (температура, старение и пр.) равенство значений емкостей конденсаторов и токов легко обеспечивается за счет использования в первичных и вторичных цепях элементов, расположенных в одной интегральной схеме.

Формула изобретения

0

5

0

5

0

5

0

5

нено с выходом первого компаратора, опорный вход которого подключен к выходу первого источника импульсного тока и через первый накопительный конденсатор - к концу первичной обмотки дополнительного импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого включена согласно с первичной обмоткой и между общей шиной и первым входом RS-триггера, прямой и инверсный выходы которого подключены к управляющим входам соответственно первого и второго транзисторных ключей, эмиттеры которых подключены к общей шине, коллекторы - соответственно к концу и началу последовательно соединенных и включенных согласно первой и второй первичных обмоток импульсного трансформатора, точка соединения которых подключена к выходу генератора тактовых импульсоп, причем начала и концы первой и третьей вторичных обмоток импульсного трансформатора, включенных согласно, подключены к выходу и управляющему входу соответственно первого и третьего источников импульсного тока, начало и конец второй вторичной обмотки импульсного трансформатора, включенной встречно, подключены соответственно к управляющему входу и выходу второго источника импульсного тока, выходы второго и третьего источников импульсного тока через соответственно второй и третий накопительные конденсаторы подключены к общей тине, а к входу усилителя постоянного тока - через первый и второй резисторы соответственно, вход второго ко.мпаратора подключен к выходу третьего источника импульсного тока, опорный вход - к общей шине, выход - к второму входу триггера.

ГТТТ

USx

us

I IT I

I

1I I I IT