Широтно-импульсный модулятор

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскииСоциалистическихРеспублик и 1 003330 в(1 М К з Н 03 К 7/08 с присоединением заявки Йо(23) Приоритет -Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 070383, Бюллетень Мо 9 331 УДК 621. 376. .54(088.8) Дата опубликования описания 070383(72) Авторыизобретения В.У. Кизилов и В.М. Максимов ьковский ордена Ленина по им, В.ИЗаявител ехн ени ск с 54) ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР то о ре вх 30 чеИзобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различных измерительных и управляющих устройстваХ для преобразования разности двух аналоговых напряжений в несколько гальванически изолированных разнополярных широтно-модулированных сигналов, среднее значение которых пропорционально этой разности.Известен широтно -импульсный -модулятор, содержащий операционный усилитель, трансформатор и резисторы 11Недостатком этого модулятора является невозможность преобразования разности двух входных напряжений в широтномодулированный сигнал, а также низкая помехоустойчивость и большая потребляемая мощность от источника питания при снижении величины сопротивления резисторов.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является широтно-импульсный модулятор, содержащий два операционных усилителя, трансформатор и резисторы, причем источник первого входного сигнала включен между общей шиной и одним иэ выводов йервой обмотки трансформатора, а источник второго входного сигнала включен параллельно в р йобмотке трансформатора 2.).Недостаткам известного модулятора 5является его сложность иэ-за наличиядвух операционных усилителей и низкая помехоустойчивость из-за высокоомных делителей в цепях обратнойсвязи усилителей. Снижение сопротивлений в делителях увеличиваетпотребляемую мощность, а помехоустойчивость почти не увеличиваетсяЦель изобретения - упрощение конструкции и повышение помехоустойчивости устройства.Поставленная цель достигаетсятем, что в широтно-импульсный модулятор, содержащий трансформатор, первая обмотка которого соединена спервым источником входного сигнала,а первый вывод второй обмотки соединен через второй источник входногосигнала с общей шиной, и операционный усилитель, выход которого соеди"нен через первый резистор с неинвер 25 тирующим входом и первым выводомвторого резистора, введен конденсатор, причем второй вывод второго,зистора,соединен с инвертирующимодом операцйонйого усилителя ирез конденсатор с первым выводомвторой обмотки трансформатора, второй вывод которой соединен с неин-. вертирующим входом операционного уси лителя.На чертеже представлена принципиальная схема широтно-импульсного модулятора.Устройство содержит операционный усилитель 1, трансформатор 2, с обмотками 3 - 5, конденсатор б, источник 7 первого входного сигнала, резисторы 8 - 11, источник 12 второго входного сигнала. Источник 7 первого входного сигнала через резистор 11 соединен с обмоткой 3 трансформатора 2, источник 12 второго входного сигнала включен между общей шиной и обьединенными выводами конденсатора б и обмотки 4 трансформатора 2, другой вывод которой соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя 1 и объединенными выводами резисторов 8 и 9, причем второй вывод резистора 8 соединен с выходом операционного усилителя 1, второй вывод резистора 9 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 1 и вторым выводом конденсатора б, а обмотка 5.соединена с сопротивлением нагрузки - резистором 10широтно-импульсный модулятор работает следующим образом.Пусть вначале напряжение источника 12 входного сигнала равно нулю, а вывод вторичной обмотки 4 подсо- . единен непосредственно к общей шине. При подключении напряжения питания к операционнсму усилителю 1 он переходит в состояние насыщения, поскольку конденсатор б разряжен и .инвертирующий вход усилителя подключен к общей шине, а резистор 8, подключенный между неинвертирующим входом усилителя 1 и его выходом, образует цепь положительной обратной связи, которая и переводит усйлитель в насьпцение.К обмотке 4 трансформатора 2 прикладывается напряжение БН, полярность которого определяется полярностью напряжения 01 насьпцения на выходе усилителя 1, а величина зависит от величин напряжения насыщения Цн и напряжения на резисторе 8, которое определяется током, создаваемым источником 7 входного сигнала, током намагничиванияи током 3.б перезаряда конденсатора б. Под действием напряжения Б сердечник трансформатора 2 перемагничивается и, когда он достигает насьпцения, напряжение Бн резко падает и становится .близким к нулю. Конденсатор б к этому моменту успевает зарядиться до некоторого напряжения ОЬ, полярность которого совпадает с полярностью напряжения У на обмотке 4, При насьпцении сердечникатрансформатора 2 это напряжение прикладывается между инвертирующим и неинвертирующим входами усилителя 1, что приводит к переходу усилителя в.противоположное состояние насьпцения и к перемагничиванию сердечника в противоположном направлении.Необходимо отметить, что при изменении полярности напряжения насыщения Ц усилителя 1 полярность падения напряжения на резисторе .8,510 определяемая напряжением П 1 источника 7 входного сигнала, не изменяется.Поэтому при одной полярности напряжения насьпцения сердечник перемагничивания суммарным напряжением насыщения операционного усилителя и падением напряжения на резисторе 8 от тока, создаваемого источником 7, а при другой полярности напряжения насьпцения перемагничивание сердечника происходит под действием разности этих напряжений.Падения напряжения на резисторе 8от тока намагничивания 1 и тока перезаряда конденсатора б при перемагничивании в обоих напрявлениях вычитаются из напряжения насыщения.Вследствие этого длительности С и й 2 перемагничивания сердечника в двух противоположных напрявлениях 30 будут различными и определяются следующими соотношениями: ф.1 ф ф 8+ 8 4 8-к+ -- О1 н 8а, й22 щ 4 ф 8+к 8 1 ЮЬ 40 1фз "Е О -й 1- -- 0 1 н 8 Р щ й 1 45 1 Д 1 должен быть равен 1 3,Ь 65 где Ц 1 н - напряжение насыщения усилителя 1; фз - поток насыщения сердечника, 1 ц - ток намагничиваниясердечника; И Э - число витков обмотки ЗГ И 4. - Число витков Обмотки 4 У1 Ь " ток заряда конденсатора б;.Ц - величина напряжения источника7 входного сигнала; К 8 - величинасопротивления резистора 8; к 1 - величина сопротивления резистора 11.Поскольку среднее значение токачерез конденсатор, б за полныйцикл работы широтно-импульсного мо дулятора должно быть равно нулю, то) (и -к и 8")с 45 я вто-сигнала. соглас- . м источизобретени орм 50 55 60 в 6 Из (1) определим относительную разность длительностей положительного 11 и отрицательного йг импульсов напряжения на выходе усилителя 1 и на обмотках сердечника трансформатора 23 а- оЩй 7, (г)2 1 1 Н 8 РПри управлении от токового источника 7 С выражается следующим о разом: 2 1 1 Н Э ф.где 17 - величина тока источника 7входного сигнала.Как следует из (2) и (3). относительная разность длительностей импульсовпропорциональна величиненапряжения Б 7 или тока 1 источника 7 входного сигнала,При напряжениях источников 712 входных сигналов, отличных отнуля, перемагничивание сердечникатрансформатора 2 определяется напряжением Ц на обмотке 4, котороеравняется алгебраической сумме напряжений насыщения усилителя 1, второго источника 12 входного сигнала ипадения напряжения на резисторе 8,зависящего от величины напряженияпервого источника 7 входного сигналаОтносительная разность длительностей импульсов напряжения на выходе модулятора определяется в этомслучае следующей зависимостью:фз Даа Р 1- 1 г-- 0+02 1 4. 111+1 0 - Рг 1 1 н где 012 - величина напряжен рого йсточника 12 входного Знак + в (4) определяется ным или встречным включени ников 7 и 12. Как видно из (4), предлагаемое устройство может быть использовано как схема сравнения аналоговых сигналов с широтно-модулированным выходом, имеющим вйсокую. помехоустойчивость, в измерительных органах си,стем автоматики и релейной защиты в энергетике и других областях.Если не требуется. гальванической изоляции источника входного сигнала от цепей схемы, более целесообразным является использование для управления широтно-импульсным модулятором второго источника 12 входного сигнала.ф Из (4), положив П. равным нулю,получим Ь 51 н 8 фР.Как следует из сравнения (2),(3) . и (5), точность преобразования входного сигнала при использовании источника 12 выше, поскольку исключа ется влияние временной и температур- ной нестабильности резисторов 8 и 11, а также, что не отражено в (2) и (3), выходного сопротивления уси-лителя 1 и сопротивления меди вто ричной обмотки 4, а также значительно уменьшается влияние нелинейного характера изменения и нестабильности тока намагничивания 1 , поскольку влияние 1 в (5) можно значительно уменьшить, выбравЙа достаточно малым, что нельзя сделать . в (2), (3), где величина ка определяет требуемый уровень выходной величины модулятора 25 Таким образом, предлагаемое устройство, как следует из приведенных соотношений, позволяет преобразовать аналоговые входные сигналы в относительную разность длительностей положительного и отрицательного импульсов напряжения, снимаемых с выхода операционного усилителя или с обмоток магнитного сердечника, и обеспечивает при этом увеличение точности за счет уменьшения влияния нестабильности сопротивлений элементов схемы и тока намагничивания, увеличения помехоустойчивости за счет подключения инвертирующего входа операционного усилителя к конденсатору, опорное напряжение на котором при воздействии импульсных помех изменяется слабо, и упрощение конструкции устройства за счет исключения 3 одного усилителя. Широтно-импульсный модулятор, со держащий трансформатор, первая обмотка которого соединена с первым источником входного сигнала, а первый вывод второй обмотки соединен через второй источник входного сигнала с общей шиной, и операционный усилитель, выход которого соединен через первый резистор с неинвертирующим входом и первым выводом второго резистора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения помехоустойчивости, в него введен конденсатор, причем торой вывод второго резистора соединен с инвертирующим входом опера- ционного усилителя и через конденсав орректор И,. Демч П Редакто аказ 1589/ ое ИИПИ по 30354 иал НПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проек тор с первым выводом второй обмотки трансформатора, второй вывод которой соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя.Истонники информации, принятые во внимание при экспертизе Тираж 934 сударственнлам изобрет осква, Ж"35 Подп о комитета ССС ий и открытий Раушская наб.,свидетельство СССР03 К 7/08, 05.04.79.