Развязывающий усилитель

(51)4 Н Я ВИДЕТЕЛЬСТВ ВТОРСНОМ ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗОБР.(71) Институт проблем управления автоматики и телемеханики) (72) Н,Э.Менгазетдинов(53) 621.375.018756(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР У 773909, кл. Н 03 У 3/38, 05,07.77. ( 54 ) РАЗ ВЯЗЫВАЛЦИЙ УСИЛИТЕЛЪ (57) Изобретение относится к измери тельной технике. Цель изобретения - . повышение точности коэффициента пере дачи и быстродействия. Развязывающий у-ль содержит дифференциальный каскад 1, однополупериодные выпрямители 2 и 3, источники 4 и 5 опорного напряжения, диоды 6,7,19 и 20, резистор 8, резисторы 9 и 10 обратной связи, трансформаторный эл-т связи, состоящий иб трансформаторов 11 и 12 с обмотками 13-18, импульсный источник 21 питания и демодулятор. состоящий из эл-та выборки-хранения 22,одновибратора 23 и эл-та ИЛИ 24. Притаком выполнении устр-ва удвоенномуприращению выходного напряжения у-лясоответствует одинарное приращениеамплитуды обратного выброса в обмотках каждого из трансформаторов 11 и12, Это позволяет уменьшить погрешности, обусловленные нелинейностьюмодуляционной характеристики обратного выброса, что повышает точность, атакже уменьшить максимальные длительности обратного выброса, соответствующие его малым амплитудам, что повышает быстродействие. Кроме того, ву-ле компенсируются погрешности,вносимые основными эл-тами схемы, иимеется возможность передавать биполярные сигналы, время демодуляциикоторых не превьппает длительностипериода питающих импульсов. 1 з.т 1.ф-лы, 3 ил,Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в информационно-измерительныхсистемах и автоматизированных системах управления технологическими процессами,Цель изобретения - повьшение точности коэффициента передачи и быстродействия.На фиг1 представлена структурнаяэлектрическая схема развязывающегоусилителя; на Фиг,2 - источник опорного напряжения, вариант; на фиг,Звременные диаграммы напряжений вузловых точках развязывающего усилителя.Развязывающий усилитель (Фиг.1)содержит диФференциальный каскад 1,первый 2 и второй 3 однополупериодныевыпрямители, первый 4 и второй 5 источники опорного напряжения, первый 6и второй 7 диоды, резистор 8, первый9 и второй 10 резисторы обратнойсвязи, трансформаторный элемент связи, выполненный на трансформаторах1 и 12 с входными обмотками 13 и 14,.обмотками 15 и 16 питания, выходнымиобмотками 17 и 18, диоды 19 и 20,импульсный источник 21 питания, демодулятор, выполненный на элементе.22 выборки-хранения, одновибратор 23,элемент ИЛИ 24, причем первый 4 ивторой 5 источники опорного напряжения выполнены (фиг.2) на стабилитронах 25 и 26 и конденсаторе 27,На Фиг,.З показаны временные диаграммы напряжения входного сигнала,напряжения на обмотках трансформатора11, напряжения на обмотках трансформатора 12, напряжения на входе элемента выборки-хранения, напряженияна управляющем входе элемента выборки-хранения, выходного напряженияразвязывающего усилителя.Развязывающий усилитель работаетследующим образом,На обмотки 15 и 1 б пиатния трансформаторов 11 и 12 через диоды 19 и20 соответственно поступают импульсыот импульсного источника 21 питания,входные обмотки 13 и 14 и обмотки15 и 16 питания рассчитаны так, чтона входной обмотке 13 и на входнойобмотке 14 в течение импульса питания формируются импульсы соответственно положительной и отрицательной полярности относительно общеговывода первого 2 и второго 3 одно Резистор 8, первый 9 и второй 10 резисторы обратной связи определяют коэффициент передачи дифференциального каскада 1, при их равенстве он работает в режиме инвертора с коэфФициентом передачи, равным 0,5,Напряжения в точках А и Б схемы (Фиг,) связаны соотношениями П, + )б = 1 О + ю 1(1) Цмь 2 1-бых р (2) гдеП=Ц =П,напряжения соответственно первого 4 и второго 5источников опорного напряжения,выходное напряжение развязывающего усилителя,вых Напрюкения обратных выбросов в обмотках трансформаторов 1 и 12 в интервалы времени от момента заднего ,. Фронта импульса питания до момента спадания тока намагничиваниявосоответствующих трансформаторах до нуля без учета паразитных емкостей описываются выражениями полупериодных выпрямителей. Этиимпульсы выпрямляются и фильтруютсяпервым 2 и вторым 3 однополупериодны 5ми выпрямителями на выходах которых)Формируется напряжения питания, необходимые для дифференциального каскада 1. По завершении импульса питания в обмотках трансформаторов 11и 12 Формируются импульсы напряженияобратной полярности, обусловленныетоками намагничивания трансформаторов 11 и 12 (фиг.З б,в),В частности, на входных обмотках13 и 14 формируются напряжения относительно общего вывода первого 2 ивторого 3 однополупериодных выпрямителей соответственно отрицательнойи положительной полярности, При этомамплитуда обратного выброса напряжения во входной обмотке 13 и соответственно во всех обмотках трансформатора 11 ограничивается через первыйдиод б напряжением на отрицательной25 шине второго источника 5 опорногонапряжения. Аналогично во входнойобмотке 14 напряжение обратного выброса ограничивается напряжением наположительной шине первого источника4 опорного напряжения, 1350819"1" и "2 ч .- относятся к параметрамтрансформаторов 11 и12 соответственно;Ь - индуктивность обмоткитрансформатора;Ь - индуктивность рассеязния обмотки;1 - ток намагничивания вомомент завершенияимпульса питания;В - эквивалентное сопротивление потерь, вносимых сопротивлениемобмотки, диодами иисточником опорногонапряжения При этом Б(т,) = 2- -- -3 (1 - -1). (5) Ь - Ь Н Ь ьф Ь при(6)где- наименьшая длительностьплоской части импульсаобратного выброса одногоиз трансформаторов: 11или 12 (Фиг.3). где 117 б + 11 в 2 э Э и Р 2 - падение напряжения соответственно на первом 6 и втором7 диодах.Выходные обмотки 17 и 18 включены последовательно так, что результирующее напряжение представляет собой разность напряжений, формируемых в обмотках трансформаторов 11 и 12. При идентичных параметрах трансформаторов 11 и 12 первого 6 и второго 7 диодов и первого 4 и второго 5 источников опорного напряжения соответственно результирующее напряжение на входе элемента 22 выборки-хранения во время действия импульса питания равно нулю, а в моменты времени, соответствующие плоской части импульса напряжения обратного выброса наименьшей длительности, равно5 10 15 20 25 Коэффициент передачи развязывающего усилителя при этом равен(7)где , - длительность импульса одновибратора 22,Из выражений (3), (4), (6) и (7)видно, что удвоенному приращению выходного напряжения развязывающегоусилителя соответствует одинарноеприращение амплитуды обратного выброса в обмотках каждого трансформатора (11 и 12), что, в свою очередь,позволяет уменьшить погрешности,обусловленные нелинейностью модуляци"онной характеристики, обратного выброса (повьппепие точности), а такжеуменьшить максимальные длительностиобратного выброса, соответствующиеего малым амплитудам (повьппение быстродействия). Кроме того, компенсируются погрешности, вносимые основными элементами схемы (диодами, резисторами, источниками опорных напряжений и трансформаторами). Приэтом имеется возможность передаватьбиполярные сигналы, время демодуляции которых не превьппает длительностипериода питающих импульсов. 30 35 40 45 50 55 По заднему фронту импульсовпитания запускается одновибратор 23, вырабатывающий импульсы фиксированной длительностиудовлетворяющей условюо (6) .На выходе элемента ИЛИ 24 Формируется импульс, длительность которого равна сумме длительностей импульса питания и импульса одновибратора 23, Данньи импульс, поступая на управляющий вход элемента 22 выборки-хранения, переводит его в режим слежения. Поэтому элемент 22 выборки-хранения .в каждый период питающих импульсов предварительно обнуляется нулевым сигналом на входе в течение импульса питания, а затем в момент окончания импульса одновибратора 23 запоминает значение входного сигнала, представляющего собой разность напряжений обратных выбросов, Формируемых в обмотках трансформаторов 11 и 12Этим обеспечивается стационарность переходных процессов, имеющих место в элементе 22 выборки-хранения, при высокой скорости обновления инФормации на выходе элемента 22 выборки-хранения.50819 5 13Формула изобретения 1,Развязывающий усилитель, содержащий входной дифференциальный каскад, инвертирующий вход которого через первый резистор обратной связи подключен к аноду первого диода, катод которого соединен с входом первого однополупериодного выпрямителя, трансформаторный элемент связи, две входные обмотки которого включены последовательно и согласно, а их общий вывод соединен с общей шиной, другие выводы входных обмоток через соответственно первый и второй однополупериодные выпрямители подключены к шинам питания дифференциального каскада, инвертирующий вход которого через второй резистор обратной связи соединен с положительной шиной первого источника опорного напряжения, демодулятор, входы которого соединены с выходной обмоткой трансформаторного элемента связи, а выход является выходом развязывающего усилителя, а также импульсный источник питания и обмотку питания трансформаторного элемента связи, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью повышения точности коэффициента передачи, вве.ден второй источник опорного напряжения, отрицательная шина которого соединена с анодом первого диода, положительная шина - с выходом дифференциального каскада и с отрицательной шиной первого источника опорного напряжения, положительная шина которого подключена к катоду введенного второго диода, анод которого соединен с входом второго однополупериодного выпрямителя, инвертирующий вход дифференциального каскадасоединен с одним выводом введенного 5резистора, другой вывод которого является входом развязывающего усилителя, а неинвертирующий вход дифференциального каскада соединен с общейшиной, при этом обмотка питаниятрансформаторного элемента связи выполнена в виде двух обмоток, включенных последовательно и встречно, общий вывод которых соединен с общимвыводом импульсного источника питания, а другие выводы через соответствующие введенные дополнительныедиоды подключены к выходу импульсного источника питания, выходная обмотка трансформаторного элемента свя зи выполнена в виде двух обмоток,соединенных последовательно и встречно, причем трансформаторный элементсвязи выполнен в виде двух трансфор маторов с соответствующими одноименными обмотками. 12. Усилитель по п,1, о т л и ч а.ю щ и й с я тем, что, с целью повы щения быс 1"родействия, демодуляторвыполнен в виде элемента выборкихранения, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом демодулятора, управляющий 35вход элемента выборки-хранения соединен с выходом элемента ИЛИ, одинвход которого подключен к выходу импульсного источника питания и входуодновибратора, выход которого соеди нен с другим входом элемента ИЛИ.,