Датчик тока Советский патент 1989 года по МПК G01D5/26 

Изобретение относится к автомати- te и может быть использовано для пребразования сигнала тока в напряжеие, повторяющее форму тока, с обесечением гальванической развязки.

Цель изобретения - улучшение по- &вления синфазных помех, увеличение емпературной стабипьности линейности передаточной характеристики дат- Q ика, повьшение быстродействия.

На чертеже представлена принципильная схема датчика тока,

Датчик тока состоит из первичного и вторичного контуров, которые гальанически разделены. В первичном контуре инвертирующий и неинвертирующий входы дифференциального усилителя соединены с входным каскадом 2, со- 2о стоящим из двух идентичных параллельых ветвей. Первая ветвь состоит из резистора 3, цервого трашзистора 4 транзисторной сборки 5, коллектор которого соединен с инвертирующим вхо- 25 р,ом дифференциального усилителя 1 , а з1миттер соединен с катодом первого фотодиода 6 первого дифференциального сптрона и с первыми вьшодами резисторов 7 и 8, вторые вьшоды которых под-зо 1:л1очены соответственно к отрицательной шине первого источника питания и первому зажиму измерительного шунта 9, являющегося входом датчика тока, а второй зажим измерительного . ггунта соединен с общей шдаой первичного контура. Вторая ветвь входного каскада состоит из резистора )0, од- йим вьюодом подсоединенного к положи- рельной шине первого источника пита- йия, а вторым - к коллектору второго Транзистора 1 Г транзисторной сЪорки . S и неинв.ертирующему входу усилителя , а эмиттер транзистора 11 соединен t катодом третьего фотодиода 12 вто- :рого дифференциального оптрона, первыми вьюодами резисторов 13 и 14, вторые выводы которых соединены соответственно с отрицательной шиной и Общей шиной первого источника пита Нин. К базам транзисторов 4 и 11 под |ключен источник 5 опорного напряжения. Выход дифференциального усилите- ля 1 подключен к базам транзисторов 16 и 17, имеющих разные структуры. :Эмиттер транзистора 16 через резистор 18 соединен со светодиодом 19 первого дифференциального оптрона,, а эмиттер транзистора 17 через резистор 20 под40

45

,- 50

о

0

5

0

ключей к светодиоду 21 второго дифференциального оптрона.

Вторичный контур содержит дифференциальный усилитель 22 и входной каскад 23,структура которого такая же, как структура входного 1 аскада 2 первичного контура В состав каскада входят второй фотодиод 6 первого дифференциального оптрона и четвертый фотодиод 2 второго дифференциального оптрона. Резистор 24 служит для установки нуля при нулевом входном сигнале, резистор 25 - для установки необходимого коэффициента усиления.

Устройство работает следующим образом .

Входное напряжение, создаваемое измеряемым током на измерительном шунте, поступает через резисторы 8 и 14 на эмиттеры транзисторов 4 и 11 входного каскада 2, При поступлении на входы входного каскада синфазного сигнала его выходное напряжение равно нулю, если строго идентичны ветви входного каскада. Для этого используют высокоточные резисторы 3, 7, 10 и 13 и транзисторную сборку 5.

При изменении напряжения на шунте 9 изменяется ток коллектора транзистора 4. При изменении входного напряжения изменяется выходное напряжение дифференциального усилителя Лив зависимости от знака этого напряжения изменяется ток эмиттера транзистора 16 или 17, а следователь но, и ток светодиода первого или второго оптрона. Допустим, входное напряжение инвертирующего входа усилителя 1 меньше входного напряжения неинвертйрующего входа. Выходной сигнал дифференциального усилителя 1 оказьшается положительным и управляет током эмиттера U, следовательно, токо м светодиода второго оптрона. При увеличении выходного напряжения и тока змиттера увеличивается ток фотодиода в ветви входного каскада, подключенного к неинвертг-грующему входу дифференциального усилителя 1, при этом уменьшается входное напряжение, подаваемое на неинвертирующий вход усилителя 1. Таким образом осуществляется оптическая отрицательная обратная связь, применение которой позволяет повысить температурную стабильность и улучшить линейность характеристики датч ика. Применение для

14

регулирования токов светодиодов транзисторных источников тока, которые состоят из транзистора 16 и резисто- ра 18, из транзистора 17 и резистора 20 и управляются выходным напряжением усилителя 1, позволяет повысить быстродействие датчика тока.

Во входной каскад вторичного кон тура включен второй фотодиод 6 пер- вого дифференциального оптрона и четвертый фотодиод 12 второго дифференциального оптрона. Если входное напряжение равно нулю, токи светодиодов 19 и 21 практически равны, входные каскады 2 и 23 находятся в равновесии. При изменении входного напряжения изменяются токи светодиодов, входные каскады выходят из равновесия, на входах усилителей 1 и 22 появляется сигнал. Во вторичном контуре выходное напряжение усилителя 22, . пропорциональное входному, усиливается до -нужной величины.

Формула изобретения

Датчик тока, содержащий в первичном контуре первый источник питания, измерительный шунт, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой резисторы, первый дифференциальный усилитель, первый светодиод и первый фотодиод, относящиеся к первому дифференциальному оптрону, во вторичном контуре - второй источник питания, второй дифференциальный усилитель, девятый, десятый, одиннадцатый, двенадцатый, тринадцатый, четырнадцатый резисторы, второй фотодиод, относящиеся к первому дифференциальному оптрону, первый вьгоод первого резистора соединен с первым вьшодом первого источника пивьм выводом десятого резистора, второй вьшод одиннадцатого резистора соединен с первым выводом тринадцатого резистора, выход второго дифференциального усипителя соединен с первым выводом четьфнадцатого резистора, второй вьюод которого соедине с инвертирующим входом второго диффе ренциального усилителя, отличающийся тем, что, с целью улучшения подавления синфазньк помех повышения быстродействия, температур ной стабильности, линейности передаточной характеристики, введены в пер вичнвм контуре первый и второй транзисторы, первой транзисторной сборки третий и четвертый транзисторы, второй дифференциальньм оптрон с вторым све то диодом и с третьим фотодиодом, первый источник опорного напряжения, во вторичном контуре введены пятый и шестой транзисторы второй транзистор ной сборки, четвертый фотодиод второ 25 го дифференциального оптрона, второй источник опорного напряжения, второй вьгоод первого резистора соединен с инвертирую1чим входом первого дифференциального усилителя и с коллектором первого транзистора, эмиттер которого соединен с вторым вьтодом второго резистора, с катодом первого фотодиода первого .дифференциального оптрона и с вторым вьшодом третьего резистора, первый вывод которого сот единен с анодом первого фотодиода первого дифференциального оптрона, первьш вьтод четвертого резистора соед}шен с первым вьшодом первого источника питания, а второй вьтод с первым выводом первого источника питания, а второй вьшод четвертого резистора соединен с неинвертирующим входом первого дифференциального

. Л. ° третьего резисто- д усилителя и с коллектором второго транра соединен с вторым вьшодом первого источника питания, первый вьюод второго резистора соединен с первым выводом измерительного шунта, первьй вьшод шестого резистора соединен с общей шиной первичного контура и с вторым вьтодом измерительного шунта, первый вывод девятого резистора соезистора, эмиттер которого соединен с первым вьшодом пятого резистора, с вторым выводом шестого резистора и с като- дом третьего фотодиода второго диф- 50 Ференциального оптрона, анод которого соединен с вторым выводом пятого резистора и с вторым выводом первого источника питания, выход первого диф- хгренцйального усилителя соединен с

зистора, эмиттер которого соединен с первым вьшодом пятого резистора, с вто рым выводом шестого резистора и с като дом третьего фотодиода второго диф- 50 Ференциального оптрона, анод которо го соединен с вторым выводом пятого резистора и с вторым выводом первог источника питания, выход первого диф хгренцйального усилителя соединен с

динен с первым выводом второго источника питания, первый вывод одиннадца- базами третьего и четвертого тран- того резистора соединен с вторым вы-зисторов, коллекторы которых соедиводом второго источника питания, катод второго фотодиода первого дифференциального оптрона соединен с Fenнены соответственно с вторым н пер- вым выводами первого источника питания, а эмиттеры подключены соответс

1465709

IQ

15

Ю

вьм выводом десятого резистора, второй вьшод одиннадцатого резистора соединен с первым выводом тринадцатого резистора, выход второго дифференциального усипителя соединен с первым выводом четьфнадцатого рези. стора, второй вьюод которого соединен с инвертирующим входом второго дифференциального усилителя, отличающийся тем, что, с целью улучшения подавления синфазньк помех, повышения быстродействия, температурной стабильности, линейности передаточной характеристики, введены в пер- вичнвм контуре первый и второй транзисторы, первой транзисторной сборки третий и четвертый транзисторы, второй дифференциальньм оптрон с вторым све то диодом и с третьим фотодиодом, первый источник опорного напряжения, во вторичном контуре введены пятый и шестой транзисторы второй транзисторной сборки, четвертый фотодиод второ- 5 го дифференциального оптрона, второй источник опорного напряжения, второй вьгоод первого резистора соединен с инвертирую1чим входом первого дифференциального усилителя и с коллектором первого транзистора, эмиттер которого соединен с вторым вьтодом второго резистора, с катодом первого фотодиода первого .дифференциального оптрона и с вторым вьшодом третьего резистора, первый вывод которого сот единен с анодом первого фотодиода первого дифференциального оптрона, первьш вьтод четвертого резистора соед}шен с первым вьшодом первого источника питания, а второй вьтод с первым выводом первого источника питания, а второй вьшод четвертого резистора соединен с неинвертирующим входом первого дифференциального

0

5

0

д усилителя и с коллектором второго транзистора, эмиттер которого соединен с первым вьшодом пятого резистора, с вторым выводом шестого резистора и с като- дом третьего фотодиода второго диф- Ференциального оптрона, анод которого соединен с вторым выводом пятого резистора и с вторым выводом первого источника питания, выход первого диф- хгренцйального усилителя соединен с

базами третьего и четвертого тран- зисторов, коллекторы которых соединены соответственно с вторым н пер- вым выводами первого источника питания, а эмиттеры подключены соответственно к первому выводу седьмого и первому выводу восьмого резисторов, второй вьгоод седьмого резистора соединен с катодом первого светодиода первого дифференциального оптрона, второй вьвод восьмого резистора соединен с анодом второго светодиода второго дифференциального оптрона, катод.второго светодиода второго дифференциального оптрона соединен с вторым вьшодом первого источника питания, анод первого светодиода первого дифференциального оптрона соединен с первым вьшодом первого источника питания, базы первого и второго транзисторов соединены с первым зы- водом первого источника опорного напряжения, .второй вьтод которого сое динен с общей шиной первичного контура, второй вывод девятого резистора Соединен с. инвертирующим входом второго дифференциального усилителя, с коллектором пятого транзистора, эмиттер которого соединен с катодом

5

0

второго фотодиода первого дифференциального оптрона, анод которого соединен с вторьм вьшодом второго источника питания и с первым выводом одиннадцатого резистора, третий вьюод которого соединен с вторым вьюодом десятого резистора, первый вывод второго источника питания соединен с первым вьшодом двенадцатого резистора, второй вьшод которого соединен с неинвертирующим входом второго дифференциального усилителя и с коллектором шестого транзистора, эмиттер которого соединен с.вторым выводом тринадцатого резистора и с катодом четвертого фотодиода второго дифференциального оптрона, анод которого соединен с BTOf&iM вьгаодом второго источника питания, базы пятого и шестого транзисторов соединены с первым выводом второго источника опорного напряжения, второй вывод которого соединен с общей шиной вторичного контура.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники. Цель изобретения - улучшение подавления синфазных помех, повышение быстродействия, температурной стабильности, линейности передаточной характеристики. При изменении напряжения на шунте 9 изменяются ток коллектора транзистора 4 и выходное напряжение дифференциального усилителя 1« Соответственно изменяются токи свето- диодов 19, 21, входящих в состав дифференциальных оптронов, и выходзсое напряжение дифференциального усипите- ля 22. Введение в устройство транзисторов 4, 11 в первичном и вторичном контурах, второго дифференциального оптрона, состоящего из светодиода 21, фотодиодов 12, позволило при равных входных напряжениях, т.е. при синфазных помехах, обеспечить равные напряжения на входах дифференциального усилителя 1 и, таким образом, получить большой коэффициент подавления синфазной помехи. Введение второго фотодиода 12 позволило получить большую гтгубину отрицательной обратной связи и снизить температурную зависимость коэффициента усиления. Применение комплиментарных транзисторов 16, 17 дало возможность получить ну- левое выходное напряжение ди})ференци- ального .усилителя 1 в случае измерения переменного тока и при нулевом напряжении на иунте 9. 1 ил. а t. (Л SH О) сл ч| о х