УСТРОЙСТВО для ПЕРЕДАЧИ ПОСТОЯННОГО ТОКА ИЛИ НАПРЯЖЕНИЯ С ГАЛЬВАНИЧЕСКИМ РАЗДЕЛЕНИЕМ Советский патент 1971 года по МПК G06G7/12 G06G9/00 

Изобретение относится к области электронного ириборостроения и может быть использовано в различных электронных приборах измерения и передачи электрических сигналов информации. Наличие гальванически разделенных входа и выхода устройства позволяет использовать его в качестве разделительного блока в систем1ах, содержащих как искроопасные, так и искробезопасные каналы связи, в качестве помехозащищающего элемента в измерительных приборах и в качестве элемента гальванической развязки в приборах автоматического контроля и регулирования.

Известны преобразователи сигналов с применением оитрона в качестве элемента гальванического разделения. Принцип действия такого преобразователя основан на гальваническом разделении входного и выходного каналов связи с помощью светового сигнала. Входной сигнал -напряжения или тока преобразуется светодиодом в сигнал света, который воспринимается светоч вствительным приемником, например фотодиодом; или фототранзистором, и преобразуется последним вновь в электрический сигнал. Этот сигнал после усиления с помощью операциолного усилителя может быть использован для дистанционной передачи информации.

Недостатками известных устройств являются нелинейность, нестабильность и температурная погрешность передаточной характеристики, поскольку параметры светоизлучающих и светопринимающих приборов весьма нестабильны и зависят от температуры окружающей среды.

Целью изобретения является создание преобразователя на основе использования оптронной гальваническо.й развязки, не имеющего перечисленных недостатков. Для достижения указанной цели импульсный преобразователь соединен со входами двух оптронов,

выход каждого из которых соединен с преобразователями импульсного сигнала в аналоговый. Один из этих преобразователей соединен с выходом устройства через операционный усилитель постоянного тока, а другой - с его входом в качестве устройства обратной отрицательной связи по входному сигналу. С целью повыщения точности вместо указанного выще преобразователя аналогового сигнала в импульсный может быть

применен высокочувствительный нуль-орган (усилитель постоянного тока с релейной характеристикой), а в цепи о.братной связи по входному сигналу может быть включено последовательно с преобразователем импульсноющее работу устройства в режиме широтноимпульсной модуляции.

На чертеже изображеиа блок-1схем;а устройства.

Устройство содержит преобразователь аналогового сигнала в импульсный / и включенные в цепи его обратной связи оптрон 2, импульсный усилитель 3 и им пульсный преобразователь 4. Другой оптрон 5, импульсный усилитель 6, импульоный преобразователь 7 и операционный усилитель 8 включены в прямом тракте передачи сигнала.

Указанное выполнение схемы отличается однотипностью устройств, применяемых в цепи обратной связи по входному сигналу и в цепи прямой передачи сигнала информации после преобразователя 1. Это позволяет обеспечить одинаковые фронты импульсов в обоих каналах и тем самым: исключить ошибки, вызванные неидеятичностью ф.ронтов. Таким о.бразом, повышается точность преобразования сигналов.

Принцип действия устройства заключается в следующем.

Входной сигнал постоянного тока или напряжения преобразуется звеном 1 в им-пульсный сигнал с переменной частотой или скважностью.. Блоки 2, 3, 4 вырабатыв ают сигнал обратной связи, строго пропорциональный частоте или скважности, который компенсирует входной сигнал напряжения или тока и повышает точ ность преобразования. Оптрон 5 осуществляет передачу импульсного сигнала с помощью, света и одновременно выполняет роль гальванического разделения, входного канала связи с выходным. Импульсный сигнал с выхода оптрона усиливается имлульсным усилителем 6 и преобразуется звеном 7 в непрерывный аналоговый сигнал, поступающИЙ на вход операционного усилителя 8. Последний служит для формирования стандартного сигнала связи тока или напряжения. Часто оказывается полезным использовать для дистанционной передачи информации непосредственно импульсньгй сигнал, В этом случае выходной импульсный сигнал снимается, с выхода импульсного усилителя 6.

Предлагаемая комбинация оптоэлектронного преобразователя с преобразователем входного непрерывного сигнала в импульсный позволяет получить новый качественный эффект, выражающийся в повышении точности преобразования,. Физически это объясняется отсутствием влияния нестабильности передаточной характеристики оптрона на коэффициент передачи сигнала информации, передаваемый имлульсами напряжения или света. Действительно, при достаточно малых частотах, при которых длительность импульса намного превосходит длительность его фронтов, коэффициент передачи оптрона не влияет на частоту или скважность, вследствие того, что оптрон работает в ключевом режиме. В то же время погрешность преобразователя непрерывного сигнала В импульсный легко сделать очень малой путем введения компенсирую-щих обратных связей. Предлагаемая схема преобразователя позволяет получить теоретически погрешность преобразования, в пределах десятых и сотых долей процента.

Погрешность преобразования импульсного сигнала в непрерывный, как уже указывалось, в значительной степени определяется, длительностью фронтов. Очевидно, что для уменьшения погрешности целесообразно уменьшать длительность фронтов импульсного сигнала. С этой целью предлагается в

качестве преобразователя 1 в устройстве применять усилитель с релейной характеристикой (нуль-орган) и для самовозбуждения системы в цепи обратной связи усилителя последовательно с импульсным преобразователем 1 вводить звено запаздывания 9. В результате этого входные цепи оптронов окажутся охваченными обратной положительной связью, создаваемой на определенной частоте звеном запаздывания. Тем самым длительность фронтов, будет уменьшена за счет увеличения глубины обратной связи, охватывающей входные цепи оптронов. Указанные меры позволяют дополнительно увеличить точность преобразования сигналов.

При отсутствии жестких требований к точности указанное устройство может быть упрощено. Для этого, выход преобразователя 1 (или выход нуль-органа в случае второго варианта) нужно непосредств.енно соединить со

входом импульсного преобр азователя 4.

Р.аботоспособность указанного устройства провере,на на макете преобразователя с звеном 9 в цепи обратной связи высокочувствительного нуль-о,ргана. Оптрон сконструирован

на основе опытного образца светодиода с излучением в инфракрасной области спектра и серийного кремниевого фотодиода типа 1691. Специальные светопроводящие материалы при проверке не применялись, а переда.ча светового сигнала осуществлялась через воздушную среду. Емкость между входными и выходными выводами оптрона не превышала 0,5 пф. Технические параметры макета преобразователя позволяют считать, что предлагаемое устройство .м.ожет обеспечить высокие метрологические характеристики блоков, осуществляющих гальваническую развязку ка.налов связи в системах автоматического контроля

И регулирования, использующих сигналы связи постоянного тока или напряжения.

Предмет изобретения

1. Устройство для передачи постоянного тока ИЛИ1 напряжения с гальваническим разделением канала связи, содержащее преобразователи аналогового сигнала в импульслый, импульсного сигнала в аналоговый, усилител, и оптроны, отличающееся тем, что, с целью повышения линейности преобразования сигналов, уменьшения температурной ошибки и повышения стабильности коэффициента передачи, преобразователь аналогового сигнала в импульсный соединен со входами двух оптроиов, выход каждого из которых соединеН со входами преобразователей импульсного сигнала в аналоговый; причем выход одного преобразователя соединен с выходом устройства через операционный усилитель постоянного тока, а выход другого, включенного в цепь обратной связи, связан со входом устройства.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения точности передачи сигнала, преобразователь аналогового сигнала в импульсный выполнен в виде высокочувствительного нуль-органа (усилителя с релейной характеристикой), а в цепи обратной связи по входному сигналу между выходом преобразователя импульсного сигнала в аналоговый и входом устройства включено звено запаздывания.

few

Вьк