Фазозависимый преобразователь переменного напряжения

Союз СоввтскикСоциапистическизРеспубпик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ц 938178(5)М, Кл. С 01 К 19/22 РвуАарстиавй кватет СССР в авап юеброваФ и впрытий(54) ФАЗОЗАВИСИИЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГОНАПРЯЖЕНИЯ 11Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в измерительных устройствах, электроавтоматике и следящих системах.Известен фазозависимый преобразователь переменного напряжения, содержа щий выпрямительный мост, входы которого подключены к выводам вторичной обмотки трансформатора, а выходы соединены с первыми выводами двух резисторов и двух конденсаторов, при этом вторые выводы конденсаторов объединены и через йсточник опорного напряжения соединены со средним выводом вториоЙ обо трасфоратора, вторые выводы резисторов соединены между собой и подключены к первому выводу нагрузки, второй вывод которой соединен с вторыми выводами конденсаторов, причем первичная об о мотка трансформатора соединена с источником сигнала11.Недостатком известного устройства является наличие трансформатора, габариты которого не позволяют микроминиатюризовать конструкцию преобразователя, а неидентичность его обмотокне позволяет уменьшить выходное напряжение ниже остаточного. Кроме того, наличие трансформатора понижаетнадежность преобразователя,Известен фазозависимый преобразователь, выполненный на двух выпрямительных мостах и двух трехобмоточныхтрансформаторах, причем входы первого выпрямительного моста подключенык первым выводам первых вторичныхобмоток основного и дополнительноготрансформаторов, вторые выводы которых соединены между собой, входы второго выпрямительного моста подключены к первым выводам вторых вторичныхобмоток указанных трансформаторов,вторые выводы которых также соединенымежду собой, при этом первичные обмотки основного и дополнительноготрансформаторов подключены соответственно к источнику сигнала и источ-фнику опорного напряжения, а первые выходы выпрямительных мостов соерине. ны между собой и со средней тоцкой двух резисторов, вторые концы кото" рых подключены к вторым выходам выпрямительных мостов и к сопротивлению нагрузки 1 21.Недостатком указанного преобразователя также является наличие транс форматоров, габариты которых опреде О ляют в основном габариты преобразователя, Остаточное напряжение преобра- . зователей, построенных с использованием трансформаторов, невозможно уменьшить вследствие неидентицности 15 обмоток трансформаторов,и дискретных элементов,с Наличие трансформаторов ограничивает возможности микроминиатюризациипреобразователя и понижает его на 20дежность.Цель изобретения - повышение надежности преобразователя,Поставленная цель достигается тем,25что в Фазозависимом преобразователепеременного напряжения, содержащемвыпрямительный мост и источник опорного напряжения, выпрямительный моствыполнен в виде восьми оптоэлектронных ячеек и источника коммутирующегонапряжения, при этом входом преобразователя является диагональ моста,каждое плечо которого состоит из двухвстречно включенных фотодиодов оптоэлектронных ячеек, а другая диагонаЛь ф 5моста является выходом преобразователя, источник опорного напряжения подключен к двум параллельно соериненныкцепочкам, состоящим из четырех последовательно соединенных светодиодов фооптоэлектронных ячеек двух противоположных плеч моста, источник коммутирующего напряжения подключен к двумпараллельно соединенным цепочкам, состоящим из четырех последовательно ф 5включенных модуляторов света двух противоположных плеч моста и диода, причем катоды диодов подключены к модуляторам света, а их аноды - к источникам коммутирующего напряжения,На фиг. 1 изображена электрическая схема Фазозависимого преобразователя переменного напряжения; наФиг. 2 - кривые, иллюстрирующие работу преобразователя. 55Преобразователь состоит из восьмиоптоэлектронных ячеек 1-8, двух диодов 9 и 10, источника 11 сигнала,источника 12 опорного напряжения и источника 13 коммутирующего напряжения.Сигнальная цепь преобразователя выполнена по мостовой схеме, в каждое плечо которой включено встречно по два фотодиода двух ячеек 1,2; 3,4;5,6 и 7,8 соответственно. Источник сигнала Ц. подключен к одной диагонали моста (выводы 14 и 15) К друной диагонали моста (выводы 16 и 17) порключается сопротивление нагруз ки 18.Модуляторы света оптоэлектронных ячеек 1,2 и 7,8 двух противоположных плеч моста соединены послеровательно и подключены к источнику коммутирующего напряжения Бн через диод 9. Мо. дуляторы света ячеек оптоэлектронных 3,4 и 5,6 двух других плеч моста соем динены последовательно и через диод 10 также подключены к источнику коммутирующего напряжения. Светодиоды оптоэлектронных ячеек 1,2 и 7,8 двух противоположных плеч моста соединены согласно последовательно и подключены к источнику опорного напряжения 11 г, частота которого совпадает с частотой источника сигнала. Светодиоды оптоэлектронных ячеек 34 и 5,6 двух других плеч моста также соединены согласно последовательно и подключены к источнику опорного напряжения У,Рассмотрим работу фазозависимого преобразователя переменного напряжения в предположении, что все источники имеют синусоидальную Форму напряжения.В момент времени, когда на выводе 19 источника опорного напряженияоц по отношению к его выводу 20 действует положительное напряжение, ток способен проходить только через светодиоды оптоэлектронных ячеек 8,7 и 1,2.Синусоидальное напряжение источника опорного напряжения 0 г показано на Фиг. 2 а. При прохождении тока через светодиоды 8,7 и 1,2 происходит излуцение света в положительные полупериоды напряжения 11, (Фиг. 2 б). В положительные полупериоды опорного напряжения через светодиоды 6,5 и 4,3 ток проходить не может и, следовательно, эти светодиоды свет не из- лучают. Период коммутирующего напряжения Ц больше периода коммутируе938178 мого напряжения 13 примерно на поряГдок.В момент времени, когда на выводе 21 источника коммутирующего напряжения по отношению к выводу 22 действу ет положительное напряжение фиг. 2 в) ток происходит через согласно включенный диод 9 и модуляторы света оптоэлектронных ячеек 1,2 и Ь,7.При синусоидальном напряжении ис точника коммутирующего напряжения значительной амплитуды модуляция свечения светодиодов осуществляется в первом приближении прямоугольными импульсами. 15Следовательно, в предлагаемом преобразователе наблюдается картина модуляции свечения светодиодов одно- полярными импульсами (фиг, 2 г).При изменении знака опорного на пряжения Уг ток от вывода 20 проходит через светодиоды оптоэлектронных ячеек 3,4 и 5,6 к выводу 19 Свечение светодиодов оптоэлектронных ячеек 3,4 и 5,6 условно показано на 25 фиг, 2 д, однако модуляторы света этих ячеек не пропускают свечения своих светодиодов, так как в рассматриваемый полупериод коммутирующего напрякенйя тОк через указанные модуляторы 50 не проходит из-за запертого диода 1 О.Рассмотренная картина .наблюдается в течение положительного полупериода коммутирующего напряжения на выводе 21.В отрицательный полупериод коммутирующего напряжения от вывода 22 источника коммутирующего напряжения 1.1 к ток проходит через диод 10 и модуляторы света оптоэлектронных ячеек 3,4 и б 5 к выводу 21. Картина освещен ности фотодиодов указанных оптоэлектронных ячеек приведена на фиг. 2 е, В этот полупериод коммутирующего напряжения ток через модуляторы света оптоэлектронных ячеек 1,2 и 7,8 не пропускает запертый диод 9 и поэтому фотодиоды указанных оптоэлектронных ячеек не освещаются. Напряжение Ц на выводах 14 и 15 источника сигнала показано на фиг. 2 ж.Рассмотрим одно из плеч моста сигнальной цени, например, между выводом 14 источника сигнала и выводом 16 сопротивления нагрузки. В плече моста два фотодиода включены встречно, следовательно, один из них не препятству55 ет прохождению тока при любой фазе напряжения сигнала, Из фиг. 2 в и 2 г видно, что оба фотодиода плеча освещаются аднополупериодными импульсамиопорного напряжения Цг в течение полупериода коммутирующего напряжения 0 КВ течение другого полупериода коммутирующего напряжения фотодиоды соответствующих плеч моста не освещаются и для тока остаЮтся разомкнутыми.При этом напряжение на сопротивлениинагрузки 18 при напряжении, синфазномс опорным напряжением 13 г, имеет вид,показанный на фиг. 2 з. В этом случаеток источника сигнала проходит от вывода 14 через встречно включенный фотодиод оптоэлектронной ячейки 1, имеющей минимальное обратное сопротивление вследствие его освещения светомсветодиода через открытый модулятор света оптоэлектронной ячейки 1 прямо вкпюченный фотодиод.оптоэлектронной ячейки 2; который тоже освещен, сопротивление нагрузки,встречно включенный фотодиод оптоэлектронной ячейки 7, который находится в режиме, подобном режиму фотодиода оптоэлектронной ячейки 1,включенный фотодиод 8 к выводу 15 ис",точника 11 сигнала,В положительный полупериод напряжение источника сигнала Ц вследствие положительного полупериода напряжения Бг обратно включенные свето"диоды оптоэлектронных ячеек 6,5 и4,3 не светятся. Кроме того, обесточенные по цепи коммутирующего напряжения 13 к запертым диодом 10 модуляторы света указанных оптоэлектронныхячеек находятся в невозбужденном состоянии и не способны пропускать светПоэтому встречно включенные по отношению к напряжению сигнала Ц фотодиоды оптоэлектронных ячеек 5 и 3ток сигнала пропускать не могут исоздают разрыв тех плеч моста, в котторые они включены.В отрицательные полупериоды напряжения источника сигнала на его выводе 14 и источника опорного напряжения .на его выводе 19 через обратновключенные светодиоды оптоэлектронных ячеек 6,7 и 1,2 ток проходить неможет и светодиоды не освещают фотодиоды указанных оптоэлектронныхячеек, несмотря на то, что модуляторы света открыты током источника коммутирующего напряжения,Вследствие того, что фотодиодыоптоэлектронных ячеек 8 и 2 не освещены соответствующими. светодиодамии не способны пропускать ток, напря938178 Формула изобретения жение сигнала на сопротивлении нагрузки отсутствует фиг. 2 з), Светодиоды двух других плеч моста светятся, однако это свечение не пропускается на фотодиоды обесточенными модуляторами света в течение всего положительного полупериода на выводе 21 источника .коммутирующего напряжения.В течение следующего положительного полупериода на выводе 11 источника сигнала рассмотренная выше для этого полупериода картина повторяется. Так продолжается в течение всего полупериода коммутирующего напряжения. Длительность полупериода коммутирующего напряжения должна быть примерно на порядок больше длительности полупериода напряжения сигнала, в частном слуцае коммутирующее напряжение может быть выбрано постоянным.Во время отрицательного полупери- . ода на выводе 21 источника коммутиру ющего напряжения модуляторы света оптоэлектронных ячеек 7,8 и 2,1 обестоцены запертым диодом 9. Открыты лишь модуляторы света оптоэлектронных ячеек 3,1 и 65, а в соответствующие моменты открываются фотодиоды этих оптоэлектронных ячеек, Следовательно, ток через сопротивление нагрузки проходит только в отрицательные полупериоды напряжения Бс на выводе 1 ч источника сигнала, Эпюры этого напряжения показаны на фиг. 2 з в виде отрицательного однополупериодного выпрямления в течение полупериода коммутирующего напряжения. При изменении фазы источника сигнала на 180 ф относительно опорного напряжения (фиг, 2 и) результат фазозавйсимого преобразования принимает вид, показанный на фиг. 2 к. На фиг, 2 ж-к видно, что при изменении фазь 1 напряжения источника сигнала нао180 фаза выходного напряжения преобразователя также изменяется на 180о Если напряжение источника сигнала сдвинуто на 90 относительно опорного напряжения, то на выходе фаэозависимого преобразователя отсутствует сигнал с частотой коммутирующего напряжения,При постоянном значении коммутирующего напряжения в качестве полезного Сигнала на выходе фазозависимогопреобразователя можно использовать Б постоянную составляющую напряжения насопротивлении нагрузки.Изобретение позволяет отказатьсяот применения трансформаторов, габаритами которых определяется объем 10 фазозависимого преобразователя, чтов свою очередь позволяет микроминиатюризировать конструкцию преобразователя и повысить его надежность. Фазозависимый преобразовательпеременного напряжения, содержащий26 выпрямительный мост и источник опорного напряжения, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности и микроминиатюризациивыпрямительный мост выполнен в видегз восьми оптоэлектронных ячеек и источника коммутирующего напряжения,при этом входом преобразователя является диагональ моста, каждое плечокоторого состоит из двух встречнозо включенных фотодиодов оптоэлектронных ячеек, а другая диагональ мостаявляется выходом преобразователя, источник опорного напряжения подключенк двум параллельно соединенным цепочкам, состоящим из четырех последовательно соединенных светодиодов оптоэлектронных ячеек двух противоположных плеч моста, источник коммутирующего напряжения подключен к двумпараллельно соединенным цепочкам,состоящим из четырех последоватевьновключенных модуляторов света двухпротивоположных плеч моста и диода,причем катоды диодов подключены кмодуляторам света, а их аноды - кисточнику коммутирующего напряжения.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Лукес Ю. М. Схемы на полупроводниковых диодах, И., "Энергия,1972, с, 96.2. Лукес Ю . Х. Схемы на полупроводниковых диодах. М., "Энергия"1972, с. 97938178 Тираж 717 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб. д.каз М 53/6 тент", г. Ужгород ул. Проектн илиал ПППСоставитель В. КостинРедактор А. Козориз Техред А. Ач Коррек