Устройство гальванической развязки Советский патент 1991 года по МПК H03K5/01 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для согласования быстродействующих цифровых устройств с внешними абонентами.

Цель изобретения - повышение по - мехоустойчивости - достигается за счет подтверждения состояний на выходе как логического нуля, так и логической единицы.

На чертеже приведена принципиальная схема устройства.

Устройство гальванической раз- вязки содержит входные клеммы 1 и 2, резисторы 3-8,.инверторы 9-15, ключи 16-18, дифференциаторы 19 и 20, трансформатор 21, диоды 22-24, кондесатор 25 и транзистор 2.6.

Устройство работает следующим образом.

При включении первого и второго источников питания конденсатор 25 разряжен, на входе инвертора 15 низкий потенциал, на выхбде устройства высокий потенциал. Пусть на первой входной клемме 1 устройства высокий потенциал, тогда инвертор 9 открыт и на его выходе низкий потенциал, который подается на входы инверторов 11-13, а также на вход дифференциатора 20. С выходов инверторов 12 и 13 высокие потенциалы подаются на входы дифференциатора 19 и инвертора 14 соответственно. Так как выходами инверторов 12 и 14 являются транзисторы с открытыми, коллекторами, то при подаче на вход инвертора 14 высокого потенциала его выходной транзистор открывается до насыщения и его выходное сопротивление низкое, а выходной транзистор с, открытым коллектором инвертора 12 закрыт и представляет высокое выходное сопротивление. Таким образом, первая обмотка импульсного трансформа- тбра 21 оказывается разомкнутой, а вторая обмотка своим концом оказывается соединенной через насыщенный выходной транзистор инвертора 14 с отрицательной шиной первого источника питания.

На второй вход устройства (клемма 2) поступают импульсы положительной полярности определенной длительности и скважности, которые подтверждают состояние устройства. С выхода инвертора 10 инвертированные импульсы поступают на ключи 17 и 18 (кол0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

лекторы закрытых транзисторов) и управляющий вход ключа 16, с выхода которого импульсы проходят через вторую обмотку и насыщенный выходной транзистор инвертора 14 на отрицательную тину. При этом на вторичной обмотке трансформатора 21 возникают импульсы отрицательной полярности, которые проходят через диод 22 на эмиттер транзистора 26 и открывают его. Происходит.периодическое подтверждение низкого потенциала на входе инвертора 15.

При изменении высокого потенциала на первом входе устройства на низкий происходит закрытие инвертора 9, и - на его выходе появляется высокий потенциал, который открывает до насыщения три инвертора 11-13 и закрывает инвертор 14, Теперь выходной транзистор инвертора 14 оказывается закрытым, поэтому конец второй обмотки трансформатора 21 оказывается разъединенным с отрицательной шиной, а выходной транзистор инвертора 12 оказывается открытым до насыщения и через него начало первой обмотки соединяется с отрицательной шиной. Одновременно с этим происходят изменения потенциалов на входах дифференциаторов 19 и 20. На входе дифференциатора 20 происходит изменение входного потенциала с низкого уровня на высокий, а на входе дифференциатора 19 - наоборот, с высокого на низкий уровень. Поэтому на выходе дифференциатора 19 продифференцированный импульс отрицательной полярности не изменяет закрытого состояния транзистора 17, а на выходе дифференциатора 20 продифференцированный импульс положительной полярности поступает на базу транзистора 18 и открывает его, при этом вход ключа 1.6 оказывается под низким потенциалом, длительность которого равна длительности продифференцированного по переднему фронту входного сигнала. На выходе транзис торного ключа 16 возникает импульс положительной полярности, который проходит через первую первичную обмотку и насыщенный выходной транзистор -инвертора 12 на отрицательную тину. На вторичной обмотке трансформатора 21 возникает положительный импульс, который поступает через диод 23 на вход инвертора 15 и открывает его. На выходе устройства уровень выходного сигнала изменяется с высокого на низкий. Одновременно происходит заряд конденсатора 25 от положительного импульса, поступающего через резистор 7. Минимальная длительность этого импульса должна быть достаточной для заряда этого конденсатора.

Диод 24 служит для развязки входного импульса положительной полярности, поступающего на вход инвертора 15 от конденсатора 25. Поэтому входной импульс поступает без задержки и затягивания переднего фронта на вход инвертора 15.

После окончания первого импульса, сформированного от переднего фронта входного сигнала, происходит разряд конденсатора 25 через диод 24 и параллельно соединенные входное сопротивление инвертора 15 и сопротивление резистора 8. При инверторе 15 ККОП-структуры его входное сопротивление измеряется сотнями кОм и сопротивление резистора 8 измеряется также сотнями кОм, это дает возможность при сравнительно малой величине емкости (сотни п) конденсатора 25 получить большое время разряда, что позволяет значительно снизить частоту следования импульсов, подаваемых на второй вход устройства. При разряде конденсатора 25 происходит уменьшение положительного потенциала на входе инвертора 15 до величины минимального значения Лог.1. В это время на второй вход устройства поступают положительной i полярности импульсы, которые с выхода инвертора 10 поступают на вход ключа 16 и с его выхода проходят через первую обмотку трансформатора 21 и насыщенный выходной транзистор инвертора 12 на отрицательную шину. На вторичной обмотке трансформатора 21 импульсы положительной полярности подзаряжают конденсатор 25 и поддерживают на входе инвертора 15 высокий потенциал (Лог.1). При изменении уровня входного сигнала на s первом входе устройства с низкого на высокий три инвертора 11-13 закрываются низким выходным сигналом инвертора 9, а выходной транзистор инвертора 14 открывается до насыще-. ния. Теперь вторая обмотка трансформатора 21 пропускает импульсы, а

первая обмотка не проводит ток, так как ее начало подсоединено к коллектору закрытого выходного транзистора инвертора 12.

Одновременно с изменением уровня входного сигнала на входе устройства происходит изменение выходного напряжения на выходе инвертора 13 с ниэкого уровня на высокий. При этом на выходе дифференциатора 19 возникает продифференцированный по переднему фронту выходного сигнала инвертора 13 импульс положительной полярности,

5 который поступает на ключ 17 и открывает его до насыщения, что приводит к открытию ключа 16 и возникновению на вторичной обмотке трансформатора 21 импульса отрицательной полярнос0 ти, который проходит через второй диод 22 на эмиттер транзистора 26 и открывает его. Происходит разряд конденсатора 25 через третий диод 24, открытый транзистор 26 и частично че5 рез резистор 7, который оказывается параллельно подключенным к диоду 2i, На входе первого инвертора 15 входной потенциал изменяется с высокого

0

5

0

5

0

5

устройства возникает высокий потенциал (лог.1). После этого происходит подтверждение этого состояния устройства положительными импульсами (импульсы накачки , подаваемыми с генератора импульсов нч второй вход устройства. Если изменения уровня входного сигнала, подаваемого на первый вход устройства, совпадают с передним фронтом импульса, , подаваемого на второй вход устройства, или если это изменение уровня происходит во время действия ИМПУЛЬСЯ накачки на втором входе устройства, то происходит переключение первой и второй первичных обмоток трансфер-, матора 21 во время изменения уровня входного сигнала на первом входе устройства, В это время на вход ключа 16 подается низкий потенциал с выхода инвертора 10, если изменение уровня входного сигнала на первом входе произошло во время действия положительного импульса накачки, подаваемого на второй вход устройства. Затем происходит дифференцирование по переднему фронту входного сигнала, подаваемого на первый вход устройства, что приводит к насыщению ключа 17 или ключа 18, низкий

потенциал с коллектора одного из которых подается на вход транзисторного ключа 16.

Таким образом, низкий потенциал на входе транзисторного ключа 16 присутствует с момента поступления импульса с выхода инвертора 10 до окончания продифференцированного импульса, подаваемого на первый вход устройства. На вторичной обмотке Трансформатора 21 возникает импульс в момент переключения первичных обмоток. Полярность этого импульса за- висит от проводящей первой или вто- рой обмоток в зависимости от уровня входного сигнала, подаваемого на первый вход устройства. Введение в устройство второго входа, на который подаются положительные импульсы, периодически подтверждающие состояние устройства благодаря подзарядке конденсатора 25, повышает надежность работы устройства, так как при этом на входе инвертора 15 всегда сохра- няется минимальная Лог.1, при которой на выходе устройства низкий потенциал.

Формула изобретения

Устройство гальванической развязки, содержащее два источника питания, трансформатор, два инвертора, ключ, три диода, конденсатор, три резистора, транзистор, входную и выходную клеммы, причем первый вывод первой обмотки трансформатора через первый ключ соединен с положительной шиной первого источника пита ния, эмиттер транзистора через анод- катод первого диода соединен с анодо второго диода, катод которого соединен с входом первого инвертора и первым выводом первого резистора, база транзистора соединена с отрицательной шиной второго источника питания и первым выводом конденсатора, вторичная обмотка трансформатора соединена соответственно с анодом вто- рого диода и базой транзистора, выводы питания первого инвертора соединены с шинами второго-источника питания, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости за счет подтверждения состояний на выходе как логического нуля так и логической единицы, в него введено пять инверторов, два дифферециатора, два ключа, три резистора, - вторая обмотка трансформатора, вторая входная клемма, причем коллектор транзистора соединен с входом первого инвертора, через катод-анод третьего диода - с вторыми выводами первого резистора и конденсатора, а через второй резистор - с отрицательной шиной второго источника питания, выход первого инвертора соединен с выходной клеммой, второй вывод первой обмотки соединен с выходом второго инвертора, вход которого соединен с входами первого дифференциатора, третьего и четвертого инверторов, выходом пятого инвертора и первым выводом третьего резистора, вход пятого инвертора соединен с первой входной клеммой, вторая входная клемма соединена с входом шестого инвертора, выход которого соединен с управляющим входом первог ключа, первым выводом четвертого резистора, а через параллельно соединенные второй и третий ключи с отрицательной шиной первого источника питания, выход четвертого инвертора соединен с входом второго дифференциатора и первым выводом пятого резистора, выходы дифференциаторов соединены соответственно с управляющими входами второго и третьего ключей, первый вывод первой обмотки трансформатора через вторую обмотку трансформатора соединен с выходом седьмого инвертора, вход которого соединен с первым выводом шестого резистора и выходом третьего инвертора, вторые выводы третьего, четвертого, пятого, шестого резисторов соединены с положительной шиной первого источника питания, выводы питания инверторов второго, третьего, четвертого, пятого, шестого и седьмого соединены с тинами первого источника питания.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для согласования быстродействующих цифровых устройств с внешними абонентами. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости - достигается за счет подтверждения состояний на выходе как логического нуля, так и логической единицы. Устройство гальванической развязки содержит входные клеммы 1 и 2, резисторы 3-8, инверторы 9-15, ключи 16-18, дифференциаторы 19 и 20, трансформатор 21, диоды 22-24, конденсатор 25, транзистор 26. Введение в устройство второго входа, на который подаются положительные импульсы, периодически подтверждающие состояние устройства благодаря подзарядке конденсатора 25, повы- тает надежность работы устройства, так как при этом на входе инвертора 15 всегда сохраняется минимальная логическая единица, при которой на выходе устройства низкий потенциал. 1 ил. S