CS246770B1 - Zapojení zesilovače s galvanickým oddělením - Google Patents

Abstract

Řešení se týká zapojení zesilovače, který má. vstupy, výstupy i napájení vzájemně galvanicky oddělené. Stejnosměrný vstupní signál přichází na vstup operačního zesilovače, v něm se zesílí a zesílený přichází na vstupy modulátorů. V modulátorech se změ­ ní na střídavý a přivádí se přes oddělovací transformátor do dvojice demodulátorů. Vý­ stupní signál ze zpětnovazebního demodulátoru se vede jako signál zpětné vazby do operačního zesilovače a výstupní signál z výstupního demodulátoru je galvanicky odděleným výstupním signálem. Oscilátor s napájecím transformátorem slouží ke galvanickému oddělení napájecího napětí operačního zesilovače a k řízení obou modulá­ torů a demodulátorů. Zapojení se využije v měřicí a automatizační technice.

Description

Vynález se týká zapojení zesilovače stejnosměrného milivoltového signálu, který má vstup, výstup i napájení vzájemně galvanicky oddělené.

•Dosud známé zesilovače analogového signálu s galvanickým oddělením využívají pro svou funkci optoelektrických oddělovacích členů nebo transformátorů. Optoelektrické oddělovací členy nesplňují požadavky kladené na přesnost přenosu, zejména z hlediska dlouhodobé a teplotní stálosti. Při použití transformátoru ke galvanickému oddělení přenášeného signálu je přesnost přenosu závislá na přesnosti modulátoru, transformátoru a demodulátoru. Současně je vstup nebo výstup galvanicky spojen s napájecím napětím.

Tyto nedstatky odstraňuje zapojení zesilovače s galvanickým oddělením podle vynálezu.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že vstupní svorka zapojení je spojena s neinvertujícím vstupem operačního zesilovače, jehož kladná napájecí svorka je spojena s prvním výstupem usměrňovacího bloku. První vstup usměrňovacího bloku je spojen s prvním vývodem napájecího vinutí napájecího transformátoru, jehož druhý vývod je spojen se druhým vstupem usměrňovacího bloku. Druhý výstup usměrňovacího bloku je spojen se zápornou napájecí svorkou operačního zesilovače, jehož výstup je spojen se vstupem druhého modulátoru a se vstupem prvního modulátoru.

Řídicí svorky prvního modulátoru jsou spojeny s vývody prvního řídicího vinutí napájecího transformátoru, jehož druhé řídicí vinutí je svými vývody spojeno s odpovídajícími řídicími svorkami druhého modulátoru. Výstup druhého modulátoru je spojen se druhým vývodem budicího vinutí oddělovacího transformátoru, jehož první vývod je spojen s výstupem prvního modulátoru.

První vývod zpětnovazebního vinutí oddělovacího transformátoru je spojen se vstupem zpětnovazebního demodulátoru, jehož výstup je spojen s invertujícím vstupem operačního zesilovače. Řídicí svorky zpětnovazebního demodulátoru jsou spojeny s vývody třetího řídicího vinutí napájecího transformátoru, jehož čtvrté řídicí vinutí je svými vývody spojeno s odpovídajícími řídicími svorkami výstupního demodulátoru, jehož výstup je spojen s první výstupní svorkou zapojení.

První napájecí svorka zapojení je spojena se středním vývodem budicího vinutí napájecího transformátoru, jehož vývody jsou spojeny s odpovídajícími výstupy oscilátoru. Vstup oscilátoru je spojen se druhou napájecí svorkou zapojení, jehož druhá výstupní svorka je spojena přes výstupní vinutí oddělovacího transformátoru se vstupem výstupního demodulátoru. Střední vývod budicího vinutí oddělovacího transformátoru a druhý vývod jeho zpětnovazebního vinutí je spojen se zemí.

Výhodou uspořádání zesilovače milivoltového signálu podle vynálezu je vzájemné galvanické oddělení vstupu, výstupu i napájení. Zvýší se přesnost a stabilita přenosu určená zpětnou vazbou operačního zesilovače. Zapojení má vysokou odolnost proti rušivým signálům.

Příklad zapojení podle vynálezu je znázorněn schematicky na připojeném výkresu.

Jednotlivé bloky zapojení je možno charakterizovat takto. Operační zesilovač 1 je v integrovaném provedení a slouží k zesílení signálu. První modulátor 2 a druhý modulátor 3 jsou stejné. Jsou vytvořeny z dvojic tranzistorů a slouží k přeměně stejnosměrného vstupního signálu na střídavé napětí obdélníkového průběhu.

Oddělovací transformátor 4 je vytvořen ze tří vinutí, která jsou navinuta na prstencovém jádru. Slouží ke galvanickému oddělení měřeného signálu. Zpětnovazební demodulátor S je vytvořen z dvojice tranzistorů a z filtračního členu. Slouží pro vytváření zpětnovazebního signálu. Výstupní demodulátor 6 je vytvořen ze stejných členů jako zpětnovazební demodulátor 5 a slouží k vytvoření výstupního signálu.

Napájecí transformátor 7 je vytvořen z několika vinutí na prstencovém jádru. Slouží ke galvanickému oddělení napájecího napětí operačního zesilovače lak řízení obou modulátorů 2, 3 a obou demodulátorů 5, 6. Oscilátor 8 je vytvořen ze dvojice tranzistorů, kondenzátorů a odporů. Slouží k vytváření střídavého budicího signálu pro napájecí transformátor 7. Usměrňovači blok 9 je vytvořen z diod a kondenzátorů. Slouží k usměrnění napájecího napětí pro operační zesilovač 1.

Vstupní svorka 01 zapojení je spojena s neinvertujícím vstupem 12 operačního zesilovače 1. Výstup 15 operačního zesilovače 1 je spojen se vstupem 21 prvního modulátoru 2 a se vstupem 31 druhého modulátoru

3. Výstup 22 prvního modulátoru 2 je spojen s prvním vývodem budicího vinutí 41 oddělovacího transformátoru 4. První řídící svorka 23 prvního modulátoru 2 je spojena s prvním vývodem prvního řídicího vinutí 73 napájecího transformátoru 7.

Druhý vývod prvního řídicího vinutí 73 napájecího transformátoru 7 je spojen se druhou řídicí svorkou 24 prvního modulátoru 2. Výstup 32 druhého modulátoru 3 je spojen se druhým vývodem budicího vinutí oddělovacího transformátoru 4. První řídicí svorka 33 druhého modulátoru 3 je spojena s prvním vývodem druhého řídicího vinutí 74 napájecího transformátoru 7.

Druhý vývod druhého řídicího vinutí 74 napájecího transformátoru 7 je spojen se druhou řídicí svorkou 34 druhého modulátoru 3. První vývod zpětnovazebního vinutí oddělovacího transformátoru 4 je spojen se vstupem 51 zpětnovazebního demodulátoru 5. Druhý vývod zpětnovazebního vinutí

24S775

Je spojen se zemí. Výstup 52 zpětnovazebního demodulátoru 5 je spojen s invertujícím vstupem 11 operačního’ zesilovače 1.

První řídicí svorka 53 zpětnovazebního demodulátoru 5 je spojena s prvním vývodem třetího řídicího vinutí 75 napájecího transformátoru 7. Druhý vývod třetího řídícího vinutí 75 napájecího transformátoru 7 je spojen se druhou řídicí svorkou 54 zpětnovazebního demodulátoru 5. První vývod výstupního vinutí 43 oddělovacího transformátoru 4 je spojen se vstupem 61 výstupního demodulátoru 6.

Druhý vývod výstupního vinutí 43 oddělovacího transformátoru 4 je spojen se dru hou výstupní svorkou 03 zapojení. Výstup 62 výstupního demodulátoru 6 je spojen s první výstupní svorkou 02 zapojení. Pr/ní řídicí svorka 63 výstupního demodulátoru 8 je spojena s prvním vývodem čtvrtého řídicího vinutí 76 napájecího transformátoru 7. Druhý vývod čtvrtého řídicího vinutí 76 napájecího transformátoru 7 je spojen se druhou řídicí svorkou 64 výstupního demodulátoru 6.

První napájecí svorka 04 zapojení je spo jena se středním vývodem budicího vinutí 72 napájecího transformátoru 7. Druhá napájecí svorka 05 zapojení je spojena se vstupem 81 oscilátoru 8. První výstup 82 oscilátoru 8 je spojen s prvním vývodem budicího vinutí 72 napájecího transformátoru 7. Druhý výstup 83 oscilátoru 8 je spojen se druhým vývodem budicího vinutí 72 napájecího transformátoru 7.

První vývod napájecího vinutí 71 napájecího transformátoru 7 je spojen s prvním vstupem 91 usměrňovacího bloku 9. Druhý vývod napájecího vinutí 71 napájecího transformátoru 7 je spojen se druhým vstupem 92 usměrňovacího bloku 9. První výstup 93 usměrňovacího bloku 9 je spojen s kladnou napájecí svorkou 13 operačního zesilovače

1. Druhý výstup 94 usměrňovacího bloku 9 je spojen se zápornou napájecí svorkou 11 operačního zesilovače 1.

Zapojení pracuje takto:

Na první napájecí svorku 04 zapojení a na druhou napájecí svorku 05 zapojení se přivádí stejnosměrné napájecí napětí. Oscilátorem 8 se změní stejnosměrné napájecí napětí na střídavé napětí obdélníkového průběhu. Tímto střídavým napětím se napájí budicí vinutí 72 napájecího transformátoru 7. V napájecím vinutí 71 napájecího transformátoru 7 se indikuje střídavé napájecí napětí, kterým se přes usměrňovači blok 9 napájí kladná napájecí svorka 13 operačního zesilovače 1 a jeho záporná napájecí svorka 1-1.

První modulátor 2 se řídí napětím z prvního řídicího vinutí 73 napájecího transformátoru 7. Druhý modulátor 3 se řídí napětím ze druhého řídicího vinutí 74 napájecího transformátoru 7. Zpětnovazební demodulátor 5 se řídí napětím ze třetího řídicího vinutí 75 napájecího transf-onnátoru 7.

Výstupní demodulátor 6 se řídí napětím ze čtvrtého řídicího vinutí 76 napájecího transformátoru 7. Vstupní napětí se přivádí na vstupní svorku 01 zapojení a otdud na neinvertující vstup 12 operačního zesilovače 1. Zde se vstupní napětí zesílí a z výstupu 15 operačního zesilovače 1 se přivádí na vstupy 21. 31 obou modulátorů 2, 3. Zde se mění stejnosměrné napětí na střídavé a přivádí se na vývody budícího· vinutí oddělovacího transformátoru 4.

Ve zpětnovazebním vinutí 42 oddělovacího transformátoru 4 se indukuje střídavé napětí, které se usměrní ve zpětnovazebním demodulátoru 5. Usměrněné napětí se vede ze zpětnovazebního výstupu 52 zpětnovazebního· demodulátoru 5 ve formě zpětnovazebního signálu na invertující vstup 11 operačního zesilovače 1. Současně se ve výstupním vinutí 43 oddělovacího transformátoru 4 indikuje střídavé výstupní napětí, které se ve výstupním demodulátoru 6 usměrní a přivádí se na první výstupní svorku 02 zapojení a na jeho druhou výstupní svorku 03 jako galvanicky oddělený výstupní signál.

Vzhledem k tomu, že zpětnovazební vinutí oddělovacího transformátoru 4 je stejné jako jeho výstupní vinutí 43 a také zpětnovazební demodulátor 5 je shodný s výstupním demodulátorem 6, je přenos celého zapojení určen zpětnou vazbou.

Vynálezu se využije v měřicí a automatizační technice pro zesílení milivoltových signálů čidel.

Claims (1)

1. předmEt

   Zapojení zesilovače s galvanickým oddělením, vyznačující se tím, že vstupní svorka (01J zapojení je spojena s neinvertujícím vstupem (12) operačního zesilovače (1), jehož kladná napájecí svorka (13) je spojena s prvním výstupem (93) usměrňovacího bloku (9), jehož první vstup (91) je spojen s prvním vývodem napájecího vinutí (71) napájecího transformátoru (7), jehož druhý vývod je spojen se druhým vstupem (92) usměrňovacího bloku (9), jehož druhý výVYNÁLEZU stup (94) je spojen se zápornou napájecí svorkou (14) operačního zesilovače (1), jehož výstup (15) je spojen se vstupem (31) druhého modulátoru (3) a se vstupem (21) prvního modulátoru (2), jehož řídicí svorky (23, 24) jsou spojeny s vývody prvního řídicího vinutí (73) napájecího transformátoru (7), jehož druhé řídicí vinutí (74) je svými vývody spojeno· s odpovídajícími řídicími svorkami (33, 34) druhého modulá248770 toru (3), jehož výstup (32) je spojen se druhým vývodem budicího vinutí (41) oddělovacího transformátoru (4), jehož první vývod je spojen s výstupem (22) prvního modulátoru (2) a první vývod zpětnovazebního vinutí (42) Oddělovacího transformátoru (4) je spojen se vstupem (51) zpětnovazebního demodulátoru (5), jehož výstup (52) je spojen s invertujícím vstupem (11) operačního zesilovače (1) a řídicí svorky (53, 54) zpětnovazebního demodulátoru (5) jsou spojeny s vývody třetího řídícího vinutí (75) napájecího transformátoru (7), jehož čtvrté řídicí vinutí (76) je svými vývody spojeno s odpovídajícími řídicími svorkami (63, 64) výstupního demodulátoru (6), jehož výstup (62) je spojen s první výstupní svorkou (02) zapojení, jehož první napájecí svorka (04) je spojena se středním vývodem budicího vinutí (72) napájecího transformátoru (7), jehož vývody jsou spojeny s odpovídajícími výstupy (82, 83) oscilátoru (8), jehož vstup (81) je spojen se druhou napájecí svorkou (05) zapojení, jehož druhá výstupní svorka (03) je spojena přes výstupní vinutí (43) oddělovacího transformátoru (4) se vstupem (61) výstupního demodulátoru (6), přičemž střední vývod budicího vinutí (41) oddělovacího transformátoru (4) a druhý vývod jeho zpětnovazebního vinutí (42) je spojen se zemí.