Усилитель постоянного тока с гальванической развязкой

 

УСИЛИТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА С. ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ РАЗВЯЗКОЙ, содержащий входной и выходной операционные усилители и дифференциальный . оптрон, светои-злучайщий элемент которого подключен к выходу входного операционного усилителя, а фотоприемники - к входам входного и выходного операционных усилителей соответственно, о т л и ч а ю щ и и с я , тем, что, с целью расширения Динамического диапазона, в него . введены линейный детектор, компаратор , оптронный ключ и инвертор-. . повторитель, при этом линейный детектор подключен между -шиной входного сигнала и входным операционным усилителем , а инвертрр-повторитель, управляющий вход которого подключен к выходу оптронного ключа, связанного с комцаратором, подключен входом к выходу выходного операционного уси1лителя , причем входкомпаратора связан с шиной .входного сигнала, (Л NU Ю СП

-СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ.

РЕСПУБЛИН

3(5П, Н 03 F 17/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 29290б9/18-09 (22) 21.05.80 (46).15.09.83. Бюл. Р 34 (72) В.М.Низель (53) 621.375.4 (088.8) (56) 1. Патент СИ 9 3893037, кл. 330-59, H 03 F 17/00, 1974.

2. Ольшевски Б. Дифференциальный оптрон - средство повышения линейности и стабильности. — "Электроника", т. 51, 1978, 9 2, с.. 48 (прототип). (54)(57.) УСИЛИТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

С ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ РАЗВЯЗКОЙ, содержащий входной и выходной операционные усилители и дифференциальный . оптрон, светоизлучающий элемент которого подключен к выходу входного

„„SU„„1042157 А операционного усилителя, а фотоприемники — к входам входного и выходного операционных усилителей соответственно, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона, в него . введены линейный детектор, компаратор, оптронный ключ и инверторповторитель, при этом линейный детек- тор подключен между шиной входного сигнала и входным операционным усилителем, а инвертор-повторитель, управляющий вход которого подключен к выходу оптронного ключа, связанного с компаратором, подключен входом к выходу выходного операционного уси1лителя, причем вход компаратора свя- Q зан.с шиной входного сигнала, 1042157

Изобретение относится к усили. телям постоянного тока, выполненным на оптоэлектронных элементах и обеспечивающим линейную передачу сигнала при отсутствии гальванической связи входной и выходной цепей. 5

Известен усилитель с гальванической развязкой посредством оптронов, содержащий входной и выходной операционные усилители, к выходам которых подключены светоиэлучающие эле- 10 менты, а к,входам — фотоприемники оптронов (1 j.

Недостаток такого усилителя заключается в нелинейности передаточ— ной характеристики. 15

Наиболее близким к изобретению является усилитель постоянного тока с гальванической развязкой, содержащий входной и выходной операционные усилители и дифференциальный оптрон, светоизлучающий элемент которого подключен к выходу входного операционного усилителя, а фотоприемники - к входам входного и выходного операционных усилителей соответственно (2 ).

Недостаток такого усилителя заключаЕтся в необходимости задания большого начального тока свето- излучающего .элемента при передаче разнополярных сигналов, что соответственно увеличивает дрейф выходного сигнала, обусловленный дрейфом . параметров оптрона, и уменьшает динамический диапазон.

Цель изобретения — расширение ди- З5 намического.диапазона.

Поставленная цель достигается тем, что в усилитель постоянного тока с гальванической развязкой, содержащий входной и выходной операци- 40 онные усилители и дифференциальный оптрон,.светоиэлучающий элемент которого подключен.к выходу входного опе- рационного усилителя, а фотоприемники — к входам входного и выходного 45 операционных усилителей соответственно, введены линейный детектор, компаратор, оптронный ключ и инвертор-повторитель, при этом линейный детектор подключен между шиной вход- 5О ного сигнала и входным операционным усилителем, а инвертор-повторитель управляющий вход которого подключен к выходу оптронного ключа, связанного с компаратором, подключен входом к выходу выходного операционного усилителя, причем вход компаратора связан с шиной входного сигнала.

На .чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого усилителя постоянного тока », с гальванической развязкой.

Светоиэлучакщий элемент 1 дифференциального оптрона 2 подключен к выходу входного операционного усиля. теля 3, к входу которого подключен 65 фотоприемник 4 укаэанного оптрона.

Другой фотоприемник 5 оптрона 2 подключен к входу выходного операционного усилителя б, к выходу 7 которого подключен сигнальный вход инвертора-повторителя 8. Управляющий вход 9 инвертора-повторителя подключен к выходу 10 оптоэлектронного ключа 11, своим входом 12 подключенного к выходу компаратора 13, вход 14 которого подключен к точке соединения последовательно включенных диодов 15.и 16, соединяющих выход первого операционного усилителя 17.линейного детектора 18 с входом второго операционного усилителя 19 линейного детектора 18. Вход линейного детектора 18 соединен с шиной 20 входного сигнала, а выход— с входом входного операционного усилителя 3. При .этом компаратор 13, связанный через диод 15 и первый операционный усилитель .17 линейного детектора 18 с шиной 20 входного сигнала, управляет работой оптоэлектронного ключа 11 в зависимости от полярности входного сигнала на шине

20. Кроме того, входной и выходной операционные усилители 3 и б и компаратор 13 имеют цепи смещения, об- ; разованные соответственно резисторами 21, 22 и 23, подключенными соответственно к входам усилителей 3, б и компаратора 13 ° Выходом усилите-ля постоянного тока является выход

24 инвертора-повторителя 8.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии на резистор 21 подается напряжение смещения, и при этом через светоизлучающий элемент 1 . протекает начальный ток 3 величина которого благодаря действующей при этом оптической отрицательной обратной связи, определяется выражением бм

6 о K где сщ — ток через резистор 21

К - коэффициент вспомогательной оптопары, т.е.. коэффициент пе, редачи оптрона, равный отношению величин токов фотоприемника 4 и светоизлучающего элемента 1.

Через фотоприемник 5 протекает фототок, величина которого определяется выражением О О где k - коэффициент основной опто-пары, т.е. коэффициент передачи оптрона, равный отношению величин токов фотоприемника 5 и светоизлучающего элемента. Если. на резистор

22 подано напряжение смещения, обеспечивающее протекание по нему тока, равного по величине фототоку напряжение на выходе 7 one 1042157

Ф

Составитель И.Горелова

Редактор Л.Алексеенко ТехредЖ.Кастелевич Корректор О THT o9

Заказ 7146/56 . Тираж 936 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 рационного усилителя 6 и на выходе

24 всего устройства равно нулю.

На резистор 23 компаратора 13 подается напряжение, величина которого определяет начальный потенциал на. его входе, при этом величина этого потенциала не должна превышать напряжения открывания диода 15 .линейного детектора 18. Компаратор 13 выполнен по схеме неинвертирующего операционного усилителя с плавающей 10 нагрузкой, в котором в качестве нагрузки использован светоизлучающий элемент оптоэлектронного ключа 11.

При нулевом значении входного сигнала, т.е. при отсутствии сигна- 15 ла на шине 20, через светоизлучающий элемент оптоэлектронного ключа

11 протекает ток, определяемый начальным отрицательным потенциалом на входе 14 компаратора 13, при 20 этом оптоэлектронный ключ 11 открыт, а инвертор-повторитель 8, выполненный по схеме модулятора на

iоперационном усилителе, находится (в режиме инвертора. 25

При поступлений на шину 20 линей, ного детектора 18 сигнала положиI тельной полярности потенциал на входе 14 компаратора 13 становится положительным вследствие открывания 30 диода 15, и оптоэлектронный ключ 11 закрывается, переводя инвертор-повторитель 8 в режим повторителя. Благодаря тому, что сигнал на вход 14 комнаратора подается с точки соеди- 35 нения последовательно включенных дополнительного диода 15 идиода. 16, линейного детектора, перепад входного напряжения, необходимый для переключения оптоэлектронного ключа; 40 имеет .очень малую величину, определяемую коэффициентом усиления операционного усилителя 17 с разомкнутой петлей обратной связи, поскольку диод 16,.через который . 45 при этом осуществляется обратная связь в линейном детекторе, отКрывается не раньше, чем потенциал на входе 14 стабилизатора тока становится равным нулю, а при нулевом потенциале на входе 14 оптоэлектронный 50 ключ 11 закрывается.

При поступлении на шину 20 линейного детектора 18 сигнала отрицательной полярности оптоэлектронный ключ 11 остается открытым вследствие того, что диод 15 линейного детектора закрыт и на входе 14 компаратора

13 действует начальный. потенциал.

Таким образом, инвертор-повторитель 8.работает в режиме инвертора

:или повторителя в зависимости от зна.ка сигнала, действующего на входе

1 ,усилителя.

Входной сигнал, выпрямленный линейным детектором 18, воздействует на входной операционный усилитель 3 вызывая увеличение тока светоизлучающего элемента 1 дифференциального оптрона 2 и соответственно увеличение фототока фотоприемников 4 и 5, пропорциональное абсолютной величине входного сигнала, при этом соответственно увеличивается сигнал на входе и выходе инвертора-повторителя 8, причем сигнал на выходе имеет полярность, зависящую от полярности сигнала на входе линейного детектора вследствие коммутации режима работы инвертора-повторителя в зависимости от знака входного сигнала, осуществляемой оптоэлектрон-.. ным ключом 11 и компаратором 13.

В предлагаемом усилителе через дифференциальный оптрон 2 передается только однополярный сигнал, при этом реализуется оптимальный режим оптрона 2 когда 30 Змин H 3т . мдкс мин rye о йачальнйй ток светоизлучающего элемента,Э „с,Э„ „„— соответственно максимальный и минимальный допустимые токи через светоизлучающий элемент оптрона, определяющие его динамический диапазон работы.

Таким образом, предлагаемый усилитель характеризуется идентичной передаточной характеристикой для разнополярного сигнала и позволяет снизить дрейф. нуля за счет возможности задания оптимальных параметров светоизлучающего элемента оптрона, в частности за счет снижения. реличи-. ны начального тока, и при этом обеспечивает расширение динамического диапазона работы.