Усилитель постоянного тока с гальваническим разделением

 

Изобретеине относится к электронной технике. Цель изобретения - упрощение и повьппение надежности. Усилитель содержит последовательно соедийенные модулятор 2, разделительный трансформатор 17, имекиций входную обмотку 18 и идентичные дополнительную и выходную обмотки 19 и 20, включенные согласно диод 21 и фильтр 22 нижних частот. Введены ограничитель 1 входного сигнала, узел 25 перезапуска , содержащий резисторы 26 и 27, ди од 28, конденсатор 29. Модулятор 2 вьтолнеп двухпозиционным, содержащим положит, шину 3 источника питания, компаратор 4, ключ 5, резисторы 6, 7, 13-15, стабилитрон 8, диоды 9, 10, конденсаторы 11, 12 и 16. Применение .двухпозиционного модулятора с цепью импульсного гистерезиса значительно упрощает усилитель постоянного тока, т.к. из модулятора исключается согласующий усилитель, одновибратор, кроме того, при использовании параллельной цепи значительно упромается конструкция , т.к. усилитель постоянного тока оперирует с амплитудным значением выходного напряжения. Применение узла 25 обеспечивает работоспособность усилителя после коротких замыканий любой из обмоток трансформатора 17 после временного прекращения работоспособности компаратора 4 и особенно после любых перегрузок по входу. 2 з.п, ф-лы, 1 ил. с S сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 К 03 Р 3/ ">8>

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Й ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (46) 30.09.91. Пил. Р 36 (21) 3990999/09 (22) l6.12.85 (72) А.А.Подкорытов, В.П.Брагин и ПаП.Судаков (53) 621.375.024 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 682996, кл . Н 03 F 3/38, 1978. (54) УСИЛИТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА С

ГАПЬВАНИЧЕСКИИ РАЗДЕЛЕНИЕМ (57) Изобретение относится к электронной технике. Цель изобретения— упрощение и повышение надежности.

Усилитель содержит последовательно соедийенные модулятор 2, разделитель™ ный трансформатор 17, имеющий входную обмотку 18 и идентичные дополнитель™ ную и выходную обмотки 19 и 20, включенные согласно диод 21 и фильтр 22 нижних частот. Введены ограничитель 1 входного сигнала, узел 25 перезапуска, содержащий резисторы 26 и 27, диод 28, конденсатор 29. Модулятор 2

„„SU„„ l 398730 выполнен днухпоэиционным, содержащий положит. шину 3 источника питания, компаратор 4, ключ 5, резисторы 6, 7, 13-15, стабилитрон 8, диоды 9, 1О, конденсаторы 11 12 и 16. Применение двухпоэиционного модулятора с цепью импульсного гистерезиса значительно упрощает усилитель постоянного тока, т.к. иэ модулятора исключается согласующий усилитель, одновибратор, кроме того, при использовании параллельной цепи значительно упрощается КоН» струкция, т.к. усилитель постоянного тока оперирует с амплитудным значением выходного напряжения. Применение узла 25 обеспечивает работоспособность усилителя после коротких замы- S каний любой иэ обмоток трансформатора !7 после временного прекращения работоспособностн компаратора 4 н особенно после любых перегрузок по входу. 2 э.п. ф-лы, l ил.

° 1398730 ся разряд второго конденсатора 12 че" реэ третий и четвертый резисторы, 13, 14 и конденсатора 24 через резистор 23 °

После того как напряжение на входах компаратора 4 снова сравняются, вышеописанные процессы повторяются.

Мгновенное значение напряжения на инвертирующем входе компаратора 4 определяется по формуле

ПМ" 01 Ut4f (1) где U«" постоянное по знаку напряжение на втором конденсаторе 12;

01 - переменное по знаку и вели-. чине напряжение на третьем конденсаторе 16.

Поскольку при замкнутом ключе 5 конец обмотки 18 имеет низкий потенциал относительно общего провода, переменное напряжение на третьем конденсаторе 16 отрицательно относитель-. но общего провода. При этом конденсаторы 12, 24 заряжаются до напряжеt ния, несколько большего, чем напряжение на входе двухпоэиционного модулятора 2 напряжения до размыкания ключа 5, а повторное замыкание ключа

5 происходит после того, как напряжение на конденсаторах 12, 24 сравняет.са с напряжением на входе двухпозиционного модулятора 2, т.е. устройство дает пульсации на выходе. Следует заметить, что величина амплитуды пульсации весьма мала и составляет. ничтожно малую. часть (сотые доли процента) от величины выходного напряжения.

t (2) где Пьк

Напряжение на выходе устройства 50

"нарастает до тех пор, пока ие сравня. ются мгновенное значение напряжения на инвертирукщем и постоянное напряжение на неинвертирующем входах компаратора 4. 55

После того, как напряжения на входах компаратора сравняются, на выходе компаратора появляется низкое напряжение. Ключ 5 размыкается..НачинаетК»

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в устройствах, требующих гальванического разделения входных и выходных цепей.

Цель изобретения - упрощение и повышение надежности.

На чертеже представлена электрическая принципиальная схема усилите- 10 ля постоянного тока с гальваническим разделением.

Усилитель постоянного тока с гальваническим разделением содержит ограничитель 1 входного сигнала, двухпоэиционный модулятор 2, который содер" жит положительную шину 3 источника питания, компаратор 4, ключ 5, первый резистор 6, второй резистор 7, стабилитрон 8, первый диод 9, второй диод 20

:l0 первый и второй конденсаторы 11 и 12, третий, четвертый и пятый ре-! зисторы 13-15, третий конденсатор 16, . .разделительный трансформатор 17, (который содержит входную 18, дополни- 25 тельную .19 и выходную,20 обмотки) „ диод 21, фильтр 22 нижних частот, который содержит резистор 23 и конденсатор 24, узел перезапуска 25, кото« рь|й содержит пятый и шестой резисто" 30 ры 26 и 27, третий диод 28, четверть@ конденсатор 29, и отрицательную шину

30 источника питания.

Усилитель работает следующим образом. 35

Пусть напряжение на входе скачком увеличивается от нуля до U, а напряжение на выходе равняется нулю. Поданный на вход сигнал проходит через ограничитель 1 на неинвертирующий 40 вход компаратора 4. Поскольку напряжение на другом входе компаратора 4 равно нулю, на выходе компаратора появляется высокое напряжение. 11ри этом ключ 5 замыкается„ через входную об- 45 мотку 18 начинает протекать ток, в обмотках 19, 20 наводится электродвижущаяся сила, а конденсаторы 12 и 24 заряжаются через диоды 10 и 21.

Величина постоянного напряжения на выходе определяется по формуле

u, -u -- -— --1+ — -ю ам+ R141 1 ада е К 2

14 (Re+ Км) Miy С ц+ Ст

Ф

RN Яш C

-- величина. входного напряжения;

- величина третьего резистора 131

- величина четвертого резистора 14;

«количество витков входной обмотки 18;

- количество витков дополни" тельной обмотки 19;

- величина емкости третьего конденсатора 16;

13987 тО

С вЂ” величина техноло гичес кой т емкости обмоток 18 и 19;

С вЂ” величина емкости первого тт конденсатора 17.

Первый конденсатор l I можно в принципе исключить нэ устройства, поскольку существует технологическая емкость. Второе слагаемое в формуле (2) — это половина амплитуды пульсаций на конденсаторах 12 и 24 при работе устройства в установивщемся режиме.

Лля выделения на четвертом конденсаторе 29 напряжения, близкого к 15 среднему значению напряжения на первом резисторе 6, должно выполняться условие: .величина первого резистора б должна быть значительно меньше величины пятого резистора 27.

Величины резисторов 26, 27 четверТоТо конденсатора 29 должны выбираться такими, чтобы потенциал анода третьего диода 28 при нормальной работе усилителя бып всегда отрицательным, чтобы прямые токи диода не влияли на

25 работу устройства.

Если .по .какой-либо причине конденсаторы 12 и 24 не смогли зарядиться до величины напряжения на входе двух- З0 позиционного модулятора 2, вступает в действие узел перезапуска 25, При этом ключ 5 длительное время держит ся замкнутым, четвертый конденсатор

29 заряжается и третий диод 28 начинает пропускать постоянный прямой ток, заряжая третий конденсатор 16.

Поскольку напряжения на конденсато» рах 12, 1б складываются за счет построения схемы, напряжение на инвертирукят1ем входе ком 4 возрастает, а после достижения равенства

40 величин напряжений на входах компаратора 4 ключ 5 размыкается. На входной обмотке 18 формируется положи45 тельный выброс напряжения, амплитуда сатор 16. Вследствие этого мгновенкоторого ограничивается стабилитроном 8. При раэмыкании ключа 5 начинается разряд второго конденсатора 12 через резисторы 13, 14, конденсаторы

24 - через резистор 23, третьего кон50 денсатора 16 — через пятый резистор

15, четвертого конденсатора 29 - через резисторы 26, 27.

Напряжение положительного выброса на входной обмотке. 18 через емкости первого конденсатора ll и технологическую емкость передается на конденное эттлчетнте наттряж .ннтт на ннвертнруют.тем ттходе коттттартт г< ра 4 утте.тттчттвается по сравттетттттт с ття тт рттже ттттет т на неннвертнрующем входе на веттттчттну т1т (Стт + С ° )

U тт

Г

1 г (3) где U,„— напряжение ттрт)бты стабнлитрона 8.

Поэтому конденсаторы 12, 24, 16, 29 разряжаются некоторое время до тех пор, пока мгттовекное значение напряжения на неинвертирутттщем входе не сравняется с постоянным напряжением на инвертирующем входе, после чего снова происходит замыкание ключа

5 и т.д.

Поскольку в даттном устройстве выполняются следующие соотношения:

Величина индуктнвностн входной обмотки 18 не должна бить слишком малой, при малой величнне нндуктивности она потребляет бстлы.тотт ток намагничивания, что снижает нагруэочную способность устроттсттта, а сопротивление нагрузки выхода должно быть по величине значительно боттт.ше с<тпротнвления резистора 23.

С,g (R,g+R g ) = С „.R ) С,т R, ))

)) — ----- С )т R (С +С ) (- — — ) (4)

R т6 R27 . >a

+1т т т т и

2þ 2т л

Ф где Ст — величина емкости второго конденсатора 12;

R > — величина резистора 23;

С1 — величина емкости конденсатора 29;

Rz — величина пятого резистора 26;

R — величина тттестого резистора 27;

R< — величина первого резистора 6;

Ст4 — величина конденсатора 24;

С„ — величина емкости третьего конденсатора 16;

Rä,— величина пятого резистора 15, то при каждом последуютттем цикле работы усилителя емкости конденсаторов

12, 24 заряжаются, а .емкости конденсаторов 16, 29 разряжаются. В резуль-, тате усилитель приходит в установившийся режим работы, при котором постоянное напряжение на конденсаторе !

6 равно нулю, а напряжение на конденсаторах 12, 24 определяется по формуле (2).

1398730

Второй резистор 7 предназначен для гашения параэитных колебаний на входной обмотке 8 после раэмыкания ключа 5.

Напряжение ограничения ограничителя 1 выбирается таким образом, чтобы напряжение на входе двухпоэиционного модулятора 2 не преяьпиало напряжение на инвертирующем входе компаратора А при замкнутом ключе 5 после того, как электродвижущая сила входной обмотки

18 упадет до нуля, конденсаторы 16 н !

2j9 эарядятся до установившегося значения, а конденсатор 12 разрядится

p, o нуля.

Лредлагаемое устройство обеспечивает большую токсичность при примене" нии, помимо одинаковых фипьтров, второго конденсатора 12 — резисторов 13, 20

14, конденсатора 24 — резистора 23, если диоды 10 и 21 выполнены эа один технологический цикл, т.е. выполнены на одной диодной матрице. !

Лрименение двухпозиционного моду- 25 л тора с цепью импульсного гистереэ ста значительно упрощает устройство по сравненив с прототипом, так как иэ модулятора исключается согласующий усилитель, одповибратор, являющиеся сложными электронными устройствами.

Кроме того, при использовании параллельной цепи RC значительно упрощается конструкция демодулятора по сравнению с прототипом, поскольку предлагаемое устроиство оперирует с ам35 плитудным значепием выходного напряжения.

Лрименение узла перезапуска и ограничителя позволяет обеспечить рабо40 тоспособность устройства после коротких замыканий любой иэ обмоток разделительного трансформатора 17 после временного прекращения работоспособности компаратора 4 (особенно после специальных воздействий, после любых

45 перегрузок по входу) .

Исключение сложных электронных устройств иэ состава усилителя увеличивает надежность работы усилителя (особенно при работе в условиях специальных воздействий), поскольку только пассивные электрорадиоэлементы имеют повышенную надежность при работе в .условиях специальных воэдей55 ствий. Лрименение емкостной положительной обратной связи через конденсатори 11, 16 сохраняет условие бистрого переключения компаратора 4 в широком диапазоне изменения его коэффициента передачи, что также ценно при работе устройства в условиях специальных воэдействий.

Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом имеет повышенную надежность работы эа счет применения узла перезапуска и исключения из схемы сложных электронных устройств: согласующего усилителя, одновибратора, демодулятора среднего значения; отличается простотой (за счет приме-. нения в основном пассивных элементов: резисторов-и емкостей).

Формула и э о б р е т е н и я

1. .Усилитель постоянного тока с гальваническим разделением, содержащий последовательно соединенные модулятор, разделительный трансформатор, имеющий входную обмотку и идентичные дополнительную и выходную обмотки, включенные согласно, диод и фильтр нижних частот, о т л и ч а ю m и й" с я тем, что, с целью упрощения и повьичения надежности, в него введены ограничитель входного сигнала, узел перезапуска, а модулятор выполнен двухпозиционным, при этом вход ограничителя входного напряжения является входом усилителя постоянного тока с гальваническим разделением, выход соединен с первым входом двухпоэиционного модулятора, первый выход которого соединен с концом входной обмотки, второй выход - с началом входной обмотки, начало и конец дополнительной обмотки являются вторым и третьим входами двухпоэиционного модулятора соответственно, вход узла перезапуска соединен с первым учравлявщим входом двухпоэиционного модулятора, выход - с вторым управляющим входом двухпозиционного модулятора.

2. Усилитель по п.1, о т л ич а в шийся. тем, что двухпозиционный модулятор выполнен на компараторе, неинвертирующий вход которого является первым входом двухпоэиционного модулятора, выход компаратора соединен с управляющим входом ключа, один вывод которого является первым управляющим входом двухпозиционного модулятора и через. первый резистор соединен с общей шиной, второй вывод ключа является первым виходам двухпоэиционного модулятора и через

-1398730 второй резистор соединен с положи" тельной шиной источника питания, ко.торая является вторым выходом двухпоэициониого модулятора и соединена с катодом первого диода, анод которого через стабилитрон соединен с вторым . выводом ключа, а через первый конденсатор - с первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соеди- 1О неи с инвертируницнм входом компаратора и через четвертый резистор - с ка.тодом второго диода, анод которого является вторым. входом двухпозицнонного м6дулятора,.а через последовательно соединенные второй и третий . конденсаторы соединен с общей шиной, точка соединения второго и третьего конденсаторов является третьим входом и вторым управляющим входим днухпозицианного модулятора и через пятый резистор соединена с общей шиной.

3. Усилитель по пп. 1 и 2, о т— л и ч а ю шийся тем, что узел перезапуска выполнен на третьем диоде, катод которого является выходом узла перезапуска, анод через четвертый конденсатор соединен с общей шиной и первым выводом пятого резистора, второй вывод которого является входом узла перезапуска, а точка соединения третьего диода и пятого резистора через шестой резистор соединена с отрицательной шиной источника питания.