Усилитель постоянного тока с развязкой

 

УСИЛИТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА С РАЗВЯЗКОЙ, содержащий дифференциальный усилитель, входной резистор , один выврд: которого является входом усилителя постоянного тока с развязкой, трансформатор с пе.рвичной обмоткой, первая вторичная обмотка которого соединена с входом выходного выпрямителя, выход которого здшунтирован первой цепью из параллельно соединенных первого конденсатора и первого резистора, и цепь отрицательной обратной связи, выполненную на второй вторичной обмотке, подключенной к входу выпрямителя, выход которого зашунтирован второй цепью из парагтельно соединенньк второго конденсатора и второго резистора, при этом один вывод втор-ого. резистора соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, отличающийся тем, что, с целью его упрощения путем исключения генератора переменного напряжения И ограничителя тока, между неинвертируюпщм входом дифференциального усилителя и общей шиной включена обмотка цепи.положительной обратной связи, при этом другой вывод второго (Л резистора соединен с другим выводом входного резистора непосредственно, а через цепь из последовательно соединенных введенного третьего конденсатора и первичной обмотки трансформатора - с вькодом дифферен1Д1апьного усилителя.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„1125745 з.(5g Н 03 F 3 38

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTGPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

:,,;1

::е (t с

1 с, а

° °

° ° ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3517796/18-09 (22) 22. 11. 82 (46) 23.11.84. Бюл.Н -43 (72) М.Ю.У(етинин (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электромеханики (53) 621.375.024(088..8) . (56) 1. Патент CUIA 33993311558822, кл. 330-10, 1976.

2. Заявка Великобритании

И -1440477, кл. Н 03 3/38, 1976 (прототип).

° (54)(57) УСИЛИТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

С РАЗВЯЗКОЙ, содержащий дифференциальный усилитель, входной резистор, один вывод которого является входом усилителя постоянного тока с развязкой, трансформатор с первичной обмоткой, первая вторичная обмотка которого соединена с вхопом выходного выпрямителя, выход которого зашунтирован первой цепью из параллельно соединенных первого конденсатора и первого резистора, и цепь отрицательной обратной связи, выполненную на второй вторичной обмотке, подключенной к входу выпрямителя, выход которого зашунтирован второй цепью из параллельно соединенных второго конденсатора и второго резистора, при этом один вывод второго, резистора соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью его упрощения путем исключения генератора переменного напряжения и ограничителя тока, между неинвертирующим входом дифференциального усилителя и общей шиной включена обмотка цепи положительной обратной связи, при этом другой вывод второго резистора соединен с другим выводом входного резистора непосредственно, а через цепь из последовательно соединенных введенного третьего кон" денсатора и первичной обмотки трансформатора — с выходом дифференциального усилителя.

1125745

Изобретение относится к электронной технике, в частности к измерительной технике и может быть использовано для гальванической развязки электрических сигналов. 5

Известен развязывающий усилитель постоянной тока (УПТ), содержащий дифференциальный усилитель, трансформатор с первичной и вторичной обмотками, первый и второй выпрямители, пер- 10 вый и второй конденсаторы, прерыватель, генератор, входной резистор и резистор отрицательной обратной связи 1 ).

Однако данный развяэывающий УПТ обладает недостаточной стабильностью усилительных параметров °

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является усилитель постоянного тока с раз- 20 вязкой, содержащий дифференциальный усилитель, входной резистор, один вывод которого является входом усилителя постоянного тока с развязкой, трансформатор с первичной об- 25 моткой, первая вторичная обмотка которого соединена с входом выходного выпрямителя, выход которого зашунтирован первой цепью из параллельно соединенных первого конденса- З0 тора и первого резистора, и цепь отрицательной обратной связи, выполненную на второй вторичной обмотке, подключенной к входу выпрямителя, выход которого зашунтирован второй цепью из параллельно соединенных второго конценсатора и второго резистора, при этом один вывод второго резистора соединен с инвертирующим входом дифференциального усилите- 40 ля 2 и

Однако известный усилитель постоянного тока сложен, так как содержит генератор переменного напряжения и ограничитель тока.

Цель изобретения — упрощение устройства путем исключения генератора переменного напряжения и ограничителя тока.

Поставленная цель достигается 50 тем, что в усилителе постоянного тока с развязкой, содержащем дифференциальный усилитель, входной резистор, один вывод которого является входом усилителя постоянного 55 тока с развязкой, трансформатор с первичной обмоткой, первая вторичная обмотка которого соединена с входом выходного выпрямителя, выход которого эашунтирован первой цепью из параллельно соединенных первого конденсатора и первого резистора, и цепь отрицательной обратной связи, выполненную на второй вторичной обмотке, подключенной к входу выпрямителя, выход которого эашунтирован второй цепью иэ параллельно соединенных второго конденсатора и второго резистора, при этом один вывод второго резистора соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, между неинвертирующим входом дифференциального усилителя и общей шиной включена обмотка цепи положительной обратной связи, при этом другой вывод второго резистора соединен с другим выводом входного резистора непосредственно, а через цепь из последо вательно соединенных введенного третьего конденсатора и первичной обмотки трансформатора — с выходом дифференциального усилителя.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема УПТ с развязкой.

Усилитель содержит дифференциальный усилитель (ДУ) 1, трансформатор

2 с первичной обмоткой 3, первой .4 и второй 5 вторичными обмотками обмоткой 6 цепи положительной обратной связи (ПОС), выходной выпрямитель 7 и выпрямитель 8, первый конденсатор 9 и первый резистор 10, второй конденсатор 11 и второй резистор

12, третий конденсатор 13 и входной резистор 14.

Устройство работает следующим образом.

ДУ 1 иэ-за наличия цепи ПОС обеспечивает генерацию переменных напряжений на обмотках TpRHcAopMBTopB 2.

Переменные напряжения на первой 4 и второй 5 вторичньм обмотках выпрямляются соответственно вьмодным выпрямителем 7 и выпрямителем 8 и фильтруются первым 9 и вторым 11 конденсаторами. При этом напряжение выходного выпрямителя 7 является выходным напряжением УПТ с развязкой, а напряжение на вьмоде выпрямителя 8 — сигналом отрицательной обратной связи по постоянному напряжению. Первый 10 и второй 12 резисторы обеспечивают цепь разряда первого 9 и второго 11 конденсаторов, их сопротивления выби1125745 .4 раются из условия одинакового режима работы выходного выпрямителя 7 и выпрямителя 8.

Для выполнения условия автогенерации и сохранения выходнОгО напряжения

УПТ с развязкой на постоянном уровне при неизменном входном напряжении петлевой коэффициент усиления в цепи

ПОС должен быть больше единицы 1, но весьма олизким к этому значению,и равен,произведению коэффициента обратной передачи в цепи ПОС, определяемого отношением количества витков обмотки

6 и первичной обмотки 3,и коэффициента усиленияДУ 1,охваченного цепью отри- 15 цательной обратной связи по переменному току. Предполагая собственный коэффициент усиления ДУ 1 равным бесконечности, можно считать, что его усиление с петлей ПОС по переменному щ току полностью определяется коэффициентом обратной передачи сигнала в цепи ПОС. При этом данный коэффициент обратной передачи определяется, соотношением величины входного динамического сопротивления выходного выпрямителя 7 и выпрямителя 8, приведенного к первичной обмотке 3, и суммы сопротивлений входного резистора 14 (й)и сопротивления генера- З0 тора входного сигнала (Q ).

При амплитуде переменного напря.— жения на выходе ДУ 1 меньше некоторой величины, необходимой для отпирания диодов выходного выпрямителя 7 35 и выпрямителя 8 (когда напряжение на первой и второй вторичных обмотках меньше напряжений на первом 9 и втором 11 конденсаторах1динамичес- . кое входное сопротивление выпрямите- 40 лей очень велико, цепь ПОС по переменному току практически разорвана„ и коэффициент петлевого усиления по цепи ПОС намного больше единицы.

Амплитуда переменного напряжения 45 на выходе ДУ 1 лавинно возрастает, пока напряжение на входах выходного выпрямителя 7 и выпрямителя 8 не сравняется с напряжением на первом

9 и втором 11 конденсаторах. После 50 этого происходит резкое падение входного динамического сопротивления выпрямителей (в пределе до динамического сопротивления первого 9 и второго 11 конденсаторов на частоте гене- 55 рации). В этом случае цепь ПОС по переменному току замыкается и при снижении петлевого усиления по цепи

ПОС до единицы амплитуда переменного напряжения на выходе ДУ 1 перестает. увеличиваться, т.е. схема входит в установившийся режим генерации.

Для устранения черезмерного зозрастания амплитуды переменного напряжения на выходе ДУ 1 в схему введена цепь ПОС по постоянному напряжению, действие которой сводится к следующему.

Превышение напряжения на втором конденсаторе 11 по сравнению с входным сигналом вызывает появление на выходе ДУ 1 постоянной составляющей напряжения и заряд до этого напряжения третьего конденсатора 13 °

ДУ 1 входит в режим ограничения выходного сигнала, и максимапьная амплитуда геременного напряжения на его выходе определяется разностью максимального размаха выходного напряжения ДУ 1 и постоянной составляющей напряжения на третьем конденсаторе 13. Таким образом рост постоянной составляющей напряжения на третьем конденсаторе 13 приводит к снижению амппитуды переменного напряжения до равенства

:,напряжений на втором конденсаторе 11 и на входе УПТ с развязкой.

В этом случае выходное напряжение на первом резисторе 10 жестко связано с входным. Коэффициент усиления

УПТ с развязкой определяется отношением витков первой 4 и второй 5 вторичных обмоток и коэффициентов передачи выходного выпрямителя

7 и выпрямителя 8.

При большой постоянной времени

RC-цепей, включенных на выходах выходного выпрямителя 7 и выпрямителя 8, напряжения на обмотках трансформатора 2 можно считать квазипрямоугольными.. Падение напряжения на выходном резисторе 14, возникающее за счет протекания переменного выходного тока ДУ 1, через второй конденсатор 11 приложено к инвертирующему входу ДУ 1. В результате величина выходного тока ДУ 1 38ы„ оказывается стабилизированной на уровне, определяемом соотношением

Unoc Вы р 1 „ (1)

Ъ где Ufo — напряжение на обмотке 6.

С другой стороны;. выходной ток

ДУ 1 обеспечивает сумму токов заряда

1125745

Составитель П. Дик

Техред Ж.Кастелевич Корректор

Н. Король

Редактор И. Николайчук

Заказ 8556/43 Тираж 861

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подпис ное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 первого 9 и второго 11 конденсаторов и тока индуктивности первичной обмотки 3. Во время формирования плоской вершины квазипрямоугольного импулвса на выходе ДУ 1 ток индуктивности 5 первичной обмотки 3 трансформатора

2 линейно растет. В момент, когда его величина достигает уровня, определяемого соотношением (1), происходит регенеративное переключение

ДУ 1, начинается формирование следующего полупериода переменного выходного напряжения ДУ 1. Таким образом, частота автогенерации в схеме определяется индуктивностью первичной обмотки 3 и не зависит от питающих напряжений.

Использование изобретения позволяет упростить схему усилителя за счет исключения генератора переменного напряжения и ограничителч тока.

По сравнению с известным устройством, в котором используется мультивибратор на операционном усилителе в качестве генератора переменного напряжения и ограничитель тока, габариты предлагаемого УПТ с развязкой сокращаются до 50