Устройство для передачи и приема данных по двухпроводной линии

(19) 380 ОБРЕТЕНИ ИСАНИ тносится к технике элекбыть использовано для информации по двухпрои, в которой проводники м током используются в ионного канала передаИзобретение о тросвязи и может передачи и приема водной линии связ питания постоянны качестве информац м ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Головное конструкторское бюро Науч. но-производственного обьединения иЭнергия"(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА ДАННЫХ ПО ДВУХПРОВОДНОЙ ЛИНИИ(57) Изобретение относится к электросвязии может быть использовано для передачиинформации по двухпроводной линии связи, в которой проводники питания постоянным током используются в качествеинформационного канала передачи. Цельизобретения - сокращение энергозатрат засчет исключения потерь на преобразоватее сигналов постоянного тока в напряжение й щ Е.Р Ъй 1 ВЭ ма передачи сигналов постоянного тока, содержащая передающую часть, два провода связй и приемную часть. Передающая часть -содержит датчик, представляющий источник информации, передатчик. выполненный в виде преобразователя напряжения в сигналы постоянного тока, транзисторе и рези= " сторе, и приемная часть содержит источник постоянного тока, преобразователь сигна 5 Н 04 В 3/54, О 08 С 19 при одновременном обеспечении компенсации фазового сдвига. Устройство содержит приемную и передающую части, включенные в первый и второй провода. Передающая часть содержит формирователь сообщений, операционный дифференциальный усилитель, стабилитроны; транзистор, генератор стабильного тока, сопротивления, конденсаторы. Приемная часть содержит источник постоянного тока, преобразователь сигналов постоянного тока в напряжение(дроссель), ключи, электро- потребители, Сформированное из последовательного кода сообщение усиливается операционным дифференциальным усилителем, с выхода которого разность напряжений преобразуется транзистором в ф сигналы постоянного тока, поступающие в линию. В приемнике сигналы, преобразовываясь дросселем в напряжение, управляют работой электропотребителей. 5 ил,лов постоянного токав напряжение, выполненный в виде резистора величиной 25 О, усилитель и приемник.К недостаткам представленного аналога относится то, что источник постоянного ОО тока предназначен для Зтзйитки слабым то- О ком только датчиково-передающие части, являющиеся его електролбтребителем,Известно также устройство передачи и приема информации по двухпроводной линии связи, содержащее передающую часть, включающую источник информации, преобразователь параллельного кода в последовательный, формирователь сообщения, делитель и передатчик,"выполненный на основе операционного дифференциального усилителя, два проводника связи и прием1755380подключен через первый конденсатор к инвертирующему входу операционного диф- ференциального усилителя выполнена упференциального усилителя и ко второму равляемой по переменному тду р го резистора, первый вывод обеспечения высокого входного сопротивкоторого через второй конденсатор подклю ления по постоянному току. Стабилитронычен ко входу формирователя сообщений, 5 являются делителем напряжения, формипричем инвертирующий вход операционно- рующим уровни питания для операционногодифференциального усилителя соединенго усилителя, а так же стабилизаторомя лаков схемы, включенныхс первым выводом третьего резистора и че- напряжения для блоков хрез третий конденсатор - с коллектором 10 в качестве нагрузки генератора 8 стабильнотранзистора, который через четвертый ре- го тока, Так как вкак вход и выход усилителязистор подключен к второму проводу двух- находятся под определенным напряжениемпроводной линии, причем выход . относительно второго провода 2, то для пеоперационного дифференциальногоусили- редачи сигналов на входе и выходе усилитетеля подключен ко второму выводутретьего 15 ля используются блокировочные элементы,резистора, а именно на входе конденсатор С 1, на выхоНа фиг,1 представлена обобщенная де транзистор 7, которой введен в областьэлектрическая принципиальная схема уст- отсечки за счет соединения эмиттера соройства передачи и приема данных по двух- средней точкой последовательно включенпроводной линии; на фиг,2 представлена 20 ных стабилитронов 5,6. Кон ен Сэлект ическая и инр принципиальная схема уст- низких частотах определяет пере ат чр р-и-р-транзисторе; на фиг.З - функцию, операционного усилителя. Падеойства на -и- -тамплитудно-частотная характеристика уст- ние напряжения на низких частотах опредеройства; нафиг.4 - эквивалентная электри- ляется постоянной времени С 1 В 2, причемческая схема цепи обратной связи 25 снижение усиления на 3 дБ наблюдается наоперационного дифференциального усили- нижней частоте равнойтеля; на фиг.5 - характеристика намагничи. вания дросселя в зависимости от величины 27 гС В 2проходящего постоянного тока устройства. Сдвиг напряжения усилителя вызывае 30 мый входным током, может быть минимизиУстройство содержит два общих про- рован, если на входы усилителя включитьводника 1 и 2 питания, передатчик и прием- . резисторы одинаковой величины, т.е. резиник, риемник образуют последовательно сторы В 1, ВЗ должны быть примерно одина - представляет входноесоединенные формирователь 3 сообщения, ковой величины. В 1 - иоперационный 4 дифференциальный усили сопротивление о пера цион ного усилителя,тель с элементами включения, стабилитро.- С 1 - разделительная емкость я пе, р сторами, конденсаторами и переменной составляющей. напряжения оттранзистор 7, включенные в качестве на- формирователя 3 сообщения к усилителю 4.грузки генератора 8 стабильного тока, кото- Резистор ВЗ включен в цепь обратной связирый включен между двумя общими 40 операционного усилителя и в соотношениипроводами 1 и 2 питания, Приемник образу- с резистором В 2 определяет величину петют источник 9 постоянного тока и преобра- левого коэффициента усиления по низкочазователь 10 сигналов постоянного тока, статному каналу передачи, Конденсатор СЗ,выполненный в виде дросселя, На фиг.1 по- включенный в цепь обратной связи операказан пример подключения.электропотре ционного усилителя между его ийв тбителей 112 Мг =78 .,ду его ийвертируюи 12 М, где = 7,8 в качестве щим входом и коллектором транзйстора 7,которыхисполЪзованы электроклапаны,за- вместе с дифференциальным сопротивлепитываемыхотисточника 9 постоянногото- нием г транзистора образует цепь, и ека. Так же ипредставлена эквивалентная назначенную для компенсации фазовогосхема электроклапана, включающая после сдвига, вносимого в цепь обратной связидовательно соединенные индуктивностьдросселем и реактивйым составляющим навеличиной 0,75-1,5 Гн и резистор В величи- грузок источника 9 постоянного тока, темной 6-24 Ом,. и параллельно подключен- самым обеспечивая высокочастотнйй каналную к ним емкость С величиной 60 пф. передачи сигнала в цеди обратной связи.Электрические номиналы на электроклапай 55 Транзистор 7 преобразует усиленное перевзяты их технических условий на эти изде- менное напряжение, подаваемое на входлия. Электроклапаны подключаются к про- операциойного усилителя; в сйгналы"пос"в 1"товоду через ключи 2 К где 1 = 7, ,. На фиг.1 янного тока, протекаюМйе попроводамне показано, каким образом осуществляет- двухпроводной лйнии. Резистор В 4, вклюся их управление через эти ключи,ченный в цепь коллектора транзистора, за5 10 15 20 25 35 40 45 50 1 н - 2 ж Новых дает величину сигналов постоянного тока, передаваемых по проводам двухпроводной линии. В схеме включения ойерационного усилителя 4 элементы частотной коррекции не показаны, т,к. являются стандартными решениями и зависят от типа и исполнения операционного усилителя. В качестве формирователя 3 сообщения может быть использован известный формирователь сообщения. Плюсовые и минусовые клеммы источника постоянного тока на обобщенной электрической схеме устройства, представленной на фиг,1, не обозначены, так как при подключении плюсовой клеммы источника 9 к проводу 1, а минусовой - к дросселю 10, в качестве транзистора 7 используется транзистор р-п-р-типа, плюсовой вывод операционного 4 усилителя и катод стабилитрона5 подключаются к проводу 1, причем анодстабилитрона 6, последовательно включенного со стабилитроном 5, подключается кминусовому выводу усилителя 4, При подключении минусовой клеммы источника 9 кпроводу 1, а плюсовой - к дросселю 10, вкачестве транзистора 7 используется транзистор п-р-п-ти 1 а, минусовой вывод операционного 4 усилителя и анод стабилитрона5 подключаются к проводу 1, причем катодстабилитрона б, последовательно включенного со стабилитроном 5, подключается кплюсовой клемме операционного 4 усилителя,Изобретение иллюстрируется на примере конкретного исполнения устройства,представленного на фиг,2.Источник 9 постоянного тока обеспечивает запитку передатчика и электропотребителей 11, , 2 Мнапряжением порядка30 Всоответствующее бортовому питаниюлетательного аппарата. Стабилитроны ЧО 1,ЧО 2 к примеру 2 С 512 А, формируют стабилизированное напряжение питания для операционного усилителя соответствующее+24 В и+12 В относительно анода стабилитрона Ч 02, транзистор ЧТ р-и-р-типа находится в области отсЕчки,Электропотребители 11, , 21-1, подключаясь к источнику постоянного тока через ключи 12, , 2 К в соответствие сциклограммой работы -двигательной уста - новки летательного айпарата, йотребляютпостоянный ток 1 о, который протекает черездроссель 7 без выделения на нем тепловыхпотерь, так как активная составляющая сопротивления обмоточного провода дросселя мала.На вход формирователя 3 сообщенияподается последовательный код, в котором формируется сообщение. Это сформированное сообщение, а именно синхронизированный последовательный код, поступает на вход операционного 4 дифференциального усилителя. Усилитель усиливает разность напряжений в соответствии с коэффициентом усиления, на который настраивается усилитель и подает на базу выходного транзистора ЧТ. Транзистор при отрицательных значениях выходного напряжения усилителя 4 относительно потенциала средней точки последовательно включенных стабилитронов ЧО 1, ЧО 2 переходит в активную область и преобразует напряжение в сигналы постоянного тока по цепи: плюс источника 9 постоянного тока -провод 1 - стабилитрон ЧО 1 - эмиттер - .коллектор транзистора ЧТ - резистор В 4 -провод 2 - дроссель 10 - минус источника постоянного тока(на фиг, 2 этот ток обозначен через ), Для сигналов постоянного тока, протекающих по вышеописанной цепи с соответствующей частотой, дроссель будет представлять индуктивное сопротивление, на котором сигналы постоянного тока будут преобразовываться в напряжение, Величина этого напряжения будет зависеть от индуктивности дросселя, которая имеет довольно малое значение порядка 10 Гн и величины коммутируемых сигналов постоянного тока. Уровень сигналов напряжения,снимаемых с дросселя 10, должен соответствовать величине 20 - 50 мВ, с тем чтобы не создавать помех другим электропотребителям. К точке "а" в схеме согласно фиг,2 можно подключить приемную часть, которая обеспечит прием, усиление и преобразование полученного кода. В цепь обратной связи операционного усилителя через транзистор входят емкость двухпроводной линии, индуктивность дросселя и реактивные составляющие электро- потребителей, которые вносят заметный фазовый сдвиг, тем самым уменьшая запас устойчивости усилителя. Один из методов борьбы влияния реактивных составляющих сопротивления нагрузки - подбор операционного усилителя с очень низким выходным сопротивлением или же получение такого сопротивления включением мощного каскада, в конкретном случае транзистора ЧТ,между выходом операционного усилителя и нагрузкой. Чем ниже выходное сопротивление операционного усилителя, тем на большую емкость нагрузки он может работать без потери устойчивости. Мощный выходной каскад должен обеспечить в нагрузке ток, значение которого определяется по формулеКроме того, с целью компенсации фазо- проводится экспериментально при лаборавого сдвига, вносимого дросселями и ли- торныхисследованияхустройства.нией с нагрузкой, в цепь обратной связи Дифференциальное сопротивление гоперационного усилителя включен компен- обратно пропорционально зависит от эмитсирующий конденсатор СЗ малой емкости 5 терного тока, т.е, положение аси Вмеж его инве тисимптотыду нвертирующим входом и выхо- изменяется в рамках заштрихованной обладом, причем подключен к выходу операци- сти, Соответственно меняется положениеонного усилителя через дифференциальное наклонной КоВ согласно фиг,З. Но при этомсопротивление коллектора транзистора УТ, устойчивость операционного усилителя буДифференциальное сопротивление коллек дет обеспечена, наклон линии КДВ в затора обратно пропорционально зависит от штрихованной облас бо ласти удеттока эмиттера (см. И,П.Степаненко "Основы соответствовать -20 дБ/дек,теории транзисторов и транзисторных Особенностью работы предлагаемогосхем", стр.182, Москва 1973 г). Качествен- устройства является обеспечение дросселюное изменение АЧХ петлевого усиления 15 ненасыщенного состояния. Как известно,и, представленной на фиг,З, можно по- при насыщенном магнитопроводе из-эанять, рассматривая два параллельных кана- резкого падения индуктивности возрастаетла передачи сигнала в цепи обратной связи. намагничивающий ток, что приводит к плоа именно каналы низкочастотной и высоко- хой передаче информации. Из характеричастотной передачи. Для этого рассмотрим 20 стики намагничивания, представленной наэквивалентную схему цепи обратной связи, фиг,5, видно, что передачу информации цепредставленную на фиг,4, где сопротивле- . лесообраэно проводить, когда магнитнаяние дросселя линии и электропотребителей . цепь линейна, т,е. на ненасыщенном участобозначены Ь, С, и В,. На низких частотах ке. Величина магнитного потока задаетсясопротивления конденсаторов велики, и пе величиной постоянного тока, протекающегоредачу цепи обратной связи Внч определя- через дроссель для запитки электроклапачерезют только резистивные элементы. Для нов.Диапазон изменения тока Ьвысокочастотных сигналов сопротивление дроссель соответствует изменению магнитемкости Сн равно нулю, вследствие чего, ного потока ЛФ. Характеристика намагнирезисторыгкиВЗобьединяютсяобщимпро чивания дросселя зависит также от егосяВ мводом и низкочастотный канал выключает- геометрических размеров. ПоигЗ. На чся, нч уменьшается, начиная с частоты р из среднего тока потребления проте(фиг, ). а очень высоких частотах сопро- го через дроссель, определяют его геометтивление конденсатора СЗ становится близ- рические размеры, чтобы он не вошел вким к нулю, и дифференциальное 35 насыщение,./сопротивление т соединяется сл д 2 . При проведении лабораторных исслеК эД 3 Д 1довании были использованы ферритовыеоэффициент передачи высокочастотного кольцевые сердечники типа М 2000 ЛМ 1-17,канала цепи обратной связи принимает по- К 40 х 25 х 11.стоянное значение, начиная с частоты 1 р 8 40(см. фиг.З). В.интервале частот урнмарв Ф ор мул а изобретенияимеет место переход от одной асимптоты на Устройство для передачи и приема дандругую. Элементы гд и СЗ приводят к тому, ных по двухпроводной линии, содержащеечто в области верхних частот передача цепи в передатчике операционный дифференциобратной связи увеличивается и асимптота 45 альный усилитель, первый вывод питанияКоВ с наклоном -20 дБ/дек, изображенная которого подключен к первому проводникуна фиг,З, проходит ближе к асимптоте АЧХ двухпроводной линии, второй вывод питаполностью скорректированного усилителя, ния через генератор тока- к второму провоТаким образом, устойчивость обеспечена. ду двухпроводной линии, выходПри изменении глубины обратной связи 50 операционного дифференциального усилиасимптота Внч пойдет ниже или выше, но теля соединен с базой транзистора, а неинчастота урн сохранится неизменной, В обла- вертирующий вход операционногости высоких частот положение асимптоты дифференциального усилителя - с первымВ 8 ч определяется г,; которое зависит от ве- выводом первого резистора, кроме того,личины протекающего тока, а частота ГР 8 55 формирователь сообщений одним выводомуменьшается с увеличением резисторов 82 подключен к первому проводу двухпроводи ЙЗ, Аналитических удобных формул для ной линии, а вторым выводОм - к второмурасчета корректирующих элементов авторы выводу питания операционного дифференне имеют, их выбор в конкретном примере циального усилителя, а в приемнике первыйвывод источника постоянного тока подключен к первому проводу двухпроводной ли. нии, отлич а ю щеес я тем,что,с целью сокращения энергозатрат путем исключения потерь на преобразователе сигналов постоянного тока в напряжение при одновременном обеспечении компенсации фазового сдвига, в приемник введен преобразователь сигналов постоянного тока в напряжение, выполненный в виде дросселя, который подключен к второму выводу источника постоянного тока и второму проводу двухпроводной линии, а в передатчике введены второй, третий и четвертый резисторы, первый, второй и третий конденсато- ры, первый и второй стабилитроны, йричем катод первого стабилитрона подключен к первому выводу питания операционного дифференциального усилителя, а анод к катоду второго стабилитрона, причем анод второго стабилитрона подключен к второму выводу питания операционного дифференциального усилителя, кроме того, анод первого стабилитрона соединен с эмиттером транзистора и первым выводом второго ре зистора, второй вывод которого подключенчерез первый конденсатор к инвертирующему входу операционного дифференциального усилителя и второму выводу первого резистора, первый вывод которого 10 через второй конденсатор подключен к входу формирователя сообщений, причем инвертирующий вход операционного дифференциального усилителя соединен с первым выводом третьего резистора и че рез третий конденсатор - с коллекторомтранзистора, который через четвертый резистор подключен к второму проводу двухпроводной линии, причем выход операционного дифференциального уси лителя подключен к второму выводу третьего резистора,-35, Рауиская наб 4/5 КН нт", г, Уж Производственно-издательский нат "Па каз 2899 ВНИИПИ Госу Тираж стаенного коми 113035, Моск