Преобразователь аналоговых сигналов с гальваническим разделением цепей

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 44,Э. Фучк 1981, т АНАЛОГОВЫХ СИ АЗДЕЛЕНИЕМ 57) Изобретение отн ительной технике, М овано в усилительнь ельных устройствах азделением входных, цепей питания. Цел эме осится кожет бытьх и преобс гальвани споль азов чески цепей выходныхь изобретереобраэоваойства пут я -ния,а ем ис повышение точности также упрощение уст ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЛОВ С ГАЛЬВАНИЧЕСКИМЦЕПЕЙ 801274140 А 1 59 4 Н 03 К 7/08, С 01 К 19/О пользования для передачи полезного сигнала и питающих напряжений через одни и те же обмотки трансформатора, Для этого в устройство дополнительно введены ключ 2 и детектирующий блок 4. Устройство кроме того содержит импульсный модулятор 1, трансформатор 3, демодулятор 5, коммутирующий блок 6, выпрямительный блок 7, входную шину 8, обмотки трансформатора 9-12, выходную шину 13, шины 14 и 15 источника питания, шину 16 управления. В описании изобретения приводится функциональная схема устройства, содержащего трансформатор только с двумя обмотками, а также функци ональная схема устройства с гальваническим разделением цепей входных, выходных и питания. 1 э,п. ф-лы, С 4 ил.12741Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в усилительных и преобразовательных устройствах с гальваническим разделением входных, выходных цепей и цепей питания,Целью изобретения является,повышение точности преобразования, а также упрощение устройства путем использования для передачи полезного сиг О нала и питающих напряжений через одни и те же обмотки трансформатора.На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя аналоговых сигналов с гальваническим разделени ем цепей; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы; на фиг, 3 - функциональная схема устройства, содержащего трансформатор только с двумя обмотками; на фиг. 4 - функциональ ная схема преобразователя аналоговых сигналов с гальваническим разделени,ем цепей входных, выходных и питания.Преобразователь аналоговых сигналов с гальваническим разделением це-.пей содержит импульсный модулятор 1, ключ 2, трансформатор 3, детектирующий блок 4, демодулятор 5, коммутирующий блок 6, выпрямительный блок 7,30 входную шину 8, обмотки 9-12 трансформатора, выходную шину 13, шины 14 и 15 источника питания, шину 16 управления коммутатором, при этом вход импульсного модулятора 1 соединен с входной шиной 8, выход - с управляю- З 5 щим входом ключа 2, а шины питания с выходами выпрямительного блока 7, входы которого соединены с выводами обмотки 10 трансформатора 3, вьводы обмотки,9 которого соединены с выво дами ключа 2, выводы обмотки 11 трансформатора соединены с входами детектирующего блока 4, выход которого соединен с входом демодулятора, въ- ход которого соедйнен с выходной шиной 13, а выводы обмотки 12 трансформатора 3 через коммутирующий блок 6 соединен с шинами 14 и 15 источника питания, управляющий вход коммутирующего блока 6 соединен с шиной им пульсов синхронизации. Коммутирующий блок 6 может быть выполнен в виде низкоомного электронного ключа, а также может быть выполнен и без внешней синхронизации, например, в виде 55 блокинг-генератора или мультивибратора, в этом случае шина 16 отсутствует, Детектирующий блок 4 и демоду 40 1лятор 5 могут быть выполнены на основе амплитудного детектора и простейшей интегрирующей цепочки, в этом случае шины источника питания к ним не подключают, При выполнении детектирующего блока в виде преобразователя серии импульсов заданной длительности в одиночный импульс пропорциональной длительности, а демодулятора - с использованием операционных усилителей шины питания этих блоков соединяются с шинами источника питания.На фиг. 2 приведены переменное напряжение 17 на обмотках трансформатора 3 при нулевом входном сигнале, полуволна 18 напряжения прямого хода, при которой .напряжение источника питания подключено коммутирующим блоком 6 к обмотке 12 трансформатора 3, полуволна 19 напряжения обратного хода, при которой коммутирующий блок 6 отключен, напряжение 20 на входной шине устройства, напряжение 21 на выходе импульсного модулятора 1, переменное напряжение 22 на обмотках трансформатора при входном сигнале, отличном от нуля, напряжение 23 на выходе детектирующего блока 4, напряжение 24 на выходе устройства. На фиг. 3 приведена функциональная схема преобразователя аналоговых сигналов с гальваническим разделением цепей, в котором трансформатор 3 содержит только две обмотки 10 и 12. В этом устройстве коммутирующий блок б содержит импульсный генератор 25 и транзистор 26, который последовательно включен между шиной 14 источника питания и одним из вьводов обмотки 12, второй вьвод которой соединен с шиной 15 источника питания, а к базе транзистора 26 подключен выход импульсного генератора 25 . Детектирующий блок 4 выполнен в виде амплитудного детектора 3 и соединенных последовательно диода и резистора, подключенных к выводам обмотки 12 трансформатора 3. Параллельно резистору включен конденсатор фильтра детектора, а объединенные выводы диода и резистора через согласующий каскадна транзисторе 27 подключены к входу демодулятора 5, шины питания которого соединены с шинами 4 и 15 источника питания. Ключ выполнен из соединенных последовательно транзистора 28 и диода 29, которые подключены к выводам10 обмотки 10 трансформатора 3, к кото" рым также подключены соединенные последовательно диод 30 и конденсатор 31,на которых выполнен выпрями- тельный блок 7, объединенные выводы 5 диода 30 и конденсатора 31 подключены к шине питания модулятора 1, выход которого соединен с управляющим входом ключа 2 (базой или затвором транзистора 28), вход - с входной шиной, а объединенные выводы обмотки 10 трансформатора 3, транзистора 28, конденсатора 31 и модулятора 1 соединены с общей шиной 32, Диод 29 включен последовательно с тран зистором 28 для того, чтобы транзисторный ключшунтировал обмотку 9 трансформатора 3 только во время полуволны 19 напряжения обратного хода.На фиг. 4 приведена функциональная схема преобразователя аналоговых сигналов с гальваническим разделением цепей входных, выходных и питания. В этом устройстве введена дополнительная обмотка 33, которая че 25 рез дополнительньй выпрямительный блок 34 соединена с шинами питания демодулятора 5, причем обмотка 33 выполнена со средней точкой, а выпрямительный блок 34 - двухполярным, для питания операционных усилителей, которые могут использоваться в демодуляторе 5 для повышения его точности. Коммутирующий блок 6 выполнен в виде блокинг-генератора на транзис торе 35, которьй включен последовательно между шиной 15 источника питания и одним выводом обмотки 12 трансформатора 3, другой вывод которой соединен с шиной 14 источника пи тания, между шинами 14 и 15 включены соединенные последовательно резистор и конденсатор, объединенные выводы которых через дополнительную обмотку, трансформатора 3 подключены к базе45 транзистора 35, Демодулятор 5 выполнен из соединенных последовательно формирователя 37 импульсов, переключателя 38 опорного напряжения и фильтра 39 нижних частот, которьй может 50 быть выполнен на основе интегрирующего усилителя, шины питания которых подключены к выходам выпрямительного блока 34. Детектирующий блок 4 выполнен на основе амплитудного детектора, 35 вход которого соединен с выводами обмотки 11 трансформатора 3, а выход - объединенные выводыдиода и КС-фильтра - с входом формирователя 37 им- пульсов. Формирователь 37 импульсов может быть выполнен, например, в виде триггера П 1 мидта. Выпрямительный блок 7 выполнен также двухполярным аналогично выпрямительному блоку 34, для чего обмотки 10 трансформатора 3 сделаны со средней точкой, а ее выводы через выпрямительный блок 7 соединены с шинами питания модулятора 1, который может быть выполнен. на основе известного дифференциального усилителя. Ключ 2 может быть выполнен на соединенных последовательно диоде 40, резисторе 41 и транзисторе 42, которые подключены к выводам обмотки 9, а база транзистора со,единена с выходом модулятора 1, вход которого соединен с входной шиной, причем объединенные выводы выпрями- тельного блока 7, транзистора 42, обмотки 9 трансформатора 3 и модулятора 1 соединены с общей шиной 32. Диод 40 также включен с целью шунтирования ключом 2 обмотки 9 трансформатора 1 только во время полуволны 19 напряжения обратного хода. Резистор 41 предохраняет транзистор 42 от чрезмерных токов короткого замыкания.Преобразователь аналоговых сигналов с гальваническим разделением цепей работает следующим образом.Напряжение питания постоянного тока от источника питания подводится к шинам 14 и 15 и периодически подключается к обмотке 12 трансформатора 3 коммутирующим блоком 6. При этом на всех обмотках трансформатора 3 формируется переменное напряжение 17 с двумя полуволнами 18 и 1.9 разной полярности. Полуволна 18 напряжения прямого хода образуется тогда, когда источник питания подключен коммутирующим блоком 6 к обмотке 12 трансформатора 3, а полуволна 19 напряжения обратного хода появляется послеотключения источника питания от этойобмотки в результате рассеяния энергии, запасенной в трансформаторе 3во время полуволны 18 напряжения прямого хода. Полуволна 18 напряженияпрямого хода выпрямляется выпрямительными блоками 7 и 34 и выпрямительные напряжения используются для питания модулятора 1, детектирующего блока 4 и демодулятора 5.Аналоговый входной сигнал 20 с входной шины 8 поступает на вход мо 127415дулятора 1, в котором преобразуется в широтно-импульсный сигнал, скважность которого пропорциональна величине входного сигнала, или частотно- импульсный сигнал, частота следования импульсов в котором пропорциональна величине входного сигнала. С выхода модулятора 1 импульсы поступают на управляющий вход ключа 2. При появлении на его выводах полу О волны 19 напряжения обратного хода, а на управляющем входе - импульса модулятора ключ включается и дешифрует переходной процесс, вызванный рассеянием энергии, запасенной индук тивностями обмоток трансформатора 3. При этом амплитуда 22 полуволны напряжения обратного хода на обмотках трансформатора 3 значительно уменьшается. Таким образом осуществляется 10 манипуляция амплитуды напряжения обратного хода на обмотках трансформатора в соответствии с импульсным сигналом модулятора 1, т.е. форма огибающей полуволн напряжения обратного 25 хода повторяет форму импульсов на выходе модулятора.Детектирующий блок 4, выполненный в виде амплитудного детектора, восстанавливает на своем выходе широтно-З 0 импульсный 23 или частотно-импульсный сигналы в зависимости от использованного в устройстве модулятора 1. Выходные импульсы детектирующего блока 4 преобразуются в демодуляторе 5 в выходной аналоговый сигнал 24.Введение в преобразователь аналоговых сигналов с гальваническим раз. делением цепей новых блоков и связей позволяет исключить погрешности, вно-,0 симые узлом гальванического разделения, Использование импульсных модулятора и демодулятора позволяют исключить влияние дискретности и амплитуды импульсов обратного хода на точность коэффициента передачи преобразователя, В результате этого парамет 40ры трансформатора, расположение обмоток, материал сердечника, индуктивность обмоток и рассеяние не влияют на точность преобразования, которая определяется высокими точностными характеристиками модулятора и демодулятора.Снижение требований к трансформатору позволяет упростить устройство и повысить технологичность его изготовления.Формула изобретения1. Преобразователь аналоговых сигналов с гальваническим разделением цепей, содержащий трансформатор, первая обмотка которого подключена через выпрямительный блок к шинам питания модулятора, вход которого соединен с входной шиной, а вторая обмотка подключена через коммутирующий блок к шинам источника питания, демодулятор, выход которого соединен с выходной шиной, третью и четвертую обмотки трансформатора, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены детектирующий блок и ключ, выводы которого соединены с выводами первой или третьей обмотки трансформатора, управляющий вход - с выходом модулятора, а выводы четвертой или второй обмотки трансформатора соединены с входами детектирующего блока, выход которого соедннен с входом демодулятора, причем модулятор выполнен в виде частотно-импульсного или широтно-импульсного модулятора.2. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, в него дополнительно введены второй выпрямительный блок и пятая обмотка трансформатора, выводы которой через второй выпрямительный блок подключены к шинам питания детектирующего блока и демодулятбра.1274140 Составитель Е. БорзТехред Л.Олейник ига едак аз 6489/5 Подписного комитета СССРий и открытийушская наб д, 4/5 венно-полиграфическое предприят рои ираж 816твеннообретен-35, Р ВНИИПИ Государс по делам из13035, Москва, Б орректор Л. Пилипенко жгород, ул. Проектная