DE1947420B1

DE1947420B1 - Counter-coupled DC voltage amplifier

Info

Publication number: DE1947420B1
Application number: DE19691947420D
Authority: DE
Inventors: Horn Dr Klaus
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-09-19
Filing date: 1969-09-19
Publication date: 1971-01-21
Also published as: NL7012561A; BE756331A; FR2062192A5

Description

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Bei sehr vielen technischen Anwendungen von Transformators wird von einem besonderen Steuer-Gleichstrom- und Gleichspannungsverstärkern wird frequenzgenerator oder auch mit der Netzfrequenz eine galvanische Trennung von Eingangs- und Aus- gespeist.In many technical applications of transformers, a special control direct current and DC voltage amplifiers becomes a frequency generator or with the mains frequency galvanic separation of input and output.

gangsstromkreisen der Verstärker gefordert. Für Die Gegenkopplungsschleife kann als Spannungs-Meßzwecke lassen sich mit gegengekoppelten Zer- 5 gegenkopplung oder als Stromgegenkopplung ausgehackerverstärkern hohe Meßgenauigkeiten erreichen. bildet sein. Im ersten Falle wird die Gegenkopp-Zerhackerverstärker sind bekanntlich Verstärker mit lungsspannung an einem Gegenkopplungswiderstand einem Gleichspannungs- oder Gleichstromeingang, abgegriffen, der vom Ausgangsgleichstrom des einen der zuerst im Takt einer Steuerfrequenz zerhackt und der phasenabhängigen Gleichrichter durchflossen ist. anschließend in einem Wechselspannungsverstärker io Im zweiten Fall liegt ein Gegenkopplungswiderstand verstärkt wird. Am Ausgang des Wechselspannungs- zwischen einer der Ausgangsklemmen eines der Verstärkers sind phasenabhängige Gleichrichter phasenabhängigen Gleichrichter und einer der Einangeordnet, die im Takte der Steuerfrequenz des gangsklemmen des Zerhackers. Eine derartige Schal-Zerhackers aus der Wechselspannung wieder eine tung wird auch in der Literatur als Saugschaltung Gleichspannung machen. Bei einem bekannten 15 bezeichnet. Der Gleichspannungsverstärker kann dagegengekoppelten Zerhackerverstärker ist jedoch keine _mit als Stromverstärker betrieben werden,
galvanische Trennung der Ein- und Ausgangskreise Die Erfindung wird an Hand einer Figur, die ein des Verstärkers möglich. Es ist jedoch auch ein Ausführungsbeispiel darstellt, näher erläutert.
Verstärker, der nach Art eines Zerhackerverstärkers Die Steuerelektroden zweier Feldeffekttransistoren arbeitet, bekannt. Dieser ist für die Verstärkung von 20 7¹I und Γ2 liegen an den äußeren Enden einer Gleichstrom oder Wechselstrom niedriger Frequenz Sekundärwicklung W41 eines Steuertransformators geeignet, wobei als Modulationseinrichtung söge- Tr4. Eine Mittelanzapfung der Wicklung W41 ist nannte Hall-Modulatoren vorgesehen sind. Außer- geerdet. Beide Eingangselektroden der Transistoren dem weist dieser bekannte Verstärker eine rück- j\ _und τ 2 sind miteinander verbunden. Ihre Auswirkungsfreie Gegenkopplung bei galvanischer Tren- 25 gangselektroden Hegen jeweils an den Enden einer nung von Eingangs- und Gegenkopplungskreis auf. .Primärwicklung eines Übertragers Jr 3. Die Transi-Die galvanische Trennung wird dadurch erreicht, daß stören Tl und T2 bilden zusammen mit den zuneben dem eigentlichen Verstärker eine mit dem gehörigen Wicklungen der Transformatoren Tr 3 und Hall-Modulator verbundene Trägerstromquelle vor- TrA einen Zerhacker Z, dessen eine Eingangsklemme gesehen ist, die außerdem einen zweiten Hall-Modu- 30 an der Verbindung der beiden Eingangselektroden lator speist, der vom Gegenkopplungssignal magne- der Transistoren liegt. Die andere Eingangsklemme tisch erregt ist, und dessen Hall-Spannung in Reihe des Zerhackers ist über einen Gegenkopplungswidermit der des ersten Hall-Modulators am Eingang _stand Rg mit einer Mittelanzapfung der Primärwickdes Wechselstromverstärkers liegt. Dieser bekannte i_ung des Übertragers 7>3 verbunden. Eine Sekundär-Verstärker ist also relativ kompliziert aufgebaut. 35 wicklung des Übertragers Tr 3 bildet den Eingang Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen _emes Wechselstromverstärkers V, der so ausgelegt gegengekoppelten Gleichspannungsverstärker bereit- J₈^ daß seinem Ausgang ein eingeprägter Strom zu zustellen, der mit einfacheren Bauteilen als Hall- entnehmen ist. Dieser Strom fließt durch in Serie Modulatoren arbeitet und außerdem mehrere gal- zueinander liegende Wicklungen WU bzw. WM vanisch voneinander getrennte Ausgänge zuläßt. ₄₀ zweier Stromwandler TrI bzw. TrI. Sekundärwick-output circuits of the amplifier are required. For voltage measurement purposes, the negative feedback loop can be used with negative feedback or current negative feedback from hacking amplifiers to achieve high measurement accuracies. be educated. In the first case, the negative feedback chopper amplifiers are known to be amplifiers with a negative feedback resistor a DC voltage or DC input, tapped, which is chopped by the output DC of one of the first at a control frequency and flowed through the phase-dependent rectifier. then in an AC voltage amplifier io. In the second case, a negative feedback resistance is amplified. At the output of the AC voltage between one of the output terminals of one of the amplifiers are phase-dependent rectifiers, phase-dependent rectifiers and one of the one-arranged, which are in the cycle of the control frequency of the output terminals of the chopper. Such a switching chopper from the alternating voltage is used in the literature as a suction circuit to make direct voltage. In a known 15 designated. The DC amplifier may, however coupled chopper but no _w ith be operated as a current amplifier,
galvanic separation of the input and output circuits The invention is made possible on the basis of a figure showing one of the amplifier. However, it is also an exemplary embodiment, explained in more detail.
Amplifier that works in the manner of a chopper amplifier The control electrodes of two field effect transistors are known. This is suitable for the amplification of 20 7 ¹ I and Γ2 are located at the outer ends of a direct current or alternating current of low frequency secondary winding W41 of a control transformer, with so-called Tr4 as a modulation device. A center tap of the winding W 41 is called Hall modulators are provided. Not earthed. Both input electrodes of the transistors that this known amplifier has a back j \ _un d τ 2 are connected to each other. Their negative negative feedback in the case of galvanic separation electrodes is located at the ends of an input and negative feedback circuit. .Primary winding of a transformer Jr 3. The transi-galvanic separation is achieved in that disturb Tl and T2 form together with the addition to the actual amplifier a carrier current source connected to the associated windings of the transformers Tr 3 and Hall modulator before TrA a chopper Z, one input terminal of which is seen, which also feeds a second Hall module 30 at the junction of the two input electrodes, which is from the negative feedback signal from the magnetic transistors. The other input terminal is energized and its Hall voltage in series with the chopper is connected to the input _stan d Rg with a center tap of the primary winding of the AC amplifier via a negative feedback resistor with that of the first Hall modulator. This i known _clothes of the transformer 7> 3 connected. A secondary amplifier has a relatively complex structure. 35 winding of the transformer Tr 3 forms the input The invention is based on the object of an _emes alternating current amplifier V, the so designed counter-coupled direct voltage amplifier ready J ₈ ^ that its output to provide an impressed current, which can be inferred with simpler components than Hall. This current flows through modulators working in series and also allows several parallel windings WU or WM vanically separated outputs. ₄₀ two current transformers TrI and TrI. Secondary winding

AIs Lösung wird bei einem gegengekoppelten hingen dieser Stromwandler W21 bzw. W22 speisen Gleichspannungsverstärker mit Zerhackereingang die Eingangselektroden zweier Feldeffekttransistoren und nachgeschalteten Wechselstromy.erstärker, mit Γ3, Γ4 bzw. Γ 5 und T 6. Die Feldeffekttransistoren mindestens einem vom Eingang galvanisch ge- werden über ihre Steuerelektroden von zwei getrenntrennten Ausgang gemäß der Erfindung vorge- 45 ten Sekundärwicklungen W42 bzw. W43 des Steuerschlägen, daß der Wechselstromverstärker einen transformators Tr 4 gesteuert und bilden so zwei eingeprägten Wechselstrom abgibt, der über min- phasenempfindliche Gleichrichter GZl und Gl 2, Der destens zwei mit ihren Primärwicklungen in Ausgangsstrom des phasenempfindlichen Gleichrich-Serie liegenden Stromwandlern ebenso vielen tersGZl wird einer Mittelanzapfung der Wicklung phasenabhängigen Gleichrichtern zugeführt ■ ist, 50 W 21 und der Verbindung beider Ausgangselektroderen Ausgänge galvanisch voneinander getrennt den der Transistoren T 3 und Γ 4 entnommen. Er sind und von denen nur einer über eine Gegen- fließt gleichzeitig über den Gegenkopplungswiderkopplungsschleife mit dem Eingang des Verstärkers stand Rg und erzeugt dabei eine Gegenkopplungsverbunden ist. Die Schaltung nach der Erfindung spannung Ug, die zusammen mit der Eingangsspangestattet für einen Verstärker eine Mehrzahl von 55 nung UE an den Eingangsklemmen des Zerhackers Z galvanisch getrennten Ausgängen vorzusehen, die liegt. Eine Mittelanzapfung der Steuerwicklung W42 einen eingeprägten Strom liefern und deren Verstär- für den phasenempfindlichen Gleichrichter GIl ist kungsfaktor in bezug auf die Eingangsgröße (Gleich- geerdet. Der Ausgangsstrom des phasenempfindlichen spannung oder Gleichstrom) durch Wahl des Über- Gleichrichters G/2 wird an einer Mittelanzapfung der setzungsverhältnisses der Stromwandler in beliebigen 60 Sekundärwicklung W 22 des Stromwandlers Tr 2 und Verhältnissen zueinander gewählt werden können. der Verbindung der Ausgangselektroden der Transi-AIs solution and 22 dine DC amplifier with Zerhackereingang least galvanically in a negative feedback hung this current transformer W 21 W, the input electrodes of two field effect transistors and downstream Wechselstromy.erstärker, 6 with Γ3, Γ4 and Γ 5 and T The field effect transistors a of the entrance 45 thesecondary windings W 42 and W43 of the control circuit that the AC amplifier controls a transformer Tr 4 and thus form two impressed alternating currents, which are fed via min-phase-sensitive rectifiers GZl and Gl 2 , the least two with their primary windings in output current of the phase-sensitive rectifier series lying current transformers as many tersGZl is a center tap of the winding phase sensitive rectifiers ■ is supplied, 50 W 21 and the connection of the two output electric their outputs galvanically from one another separates the transistors T 3 and Γ 4 removed. They are and only one of them is connected via a counter-flow at the same time via the counter-coupling counter-coupling loop with the input of the amplifier standing Rg and thereby creates a counter-coupling. The circuit according to the invention voltage Ug, which together with the input voltage allows an amplifier to provide a plurality of 55 voltage UE at the input terminals of the chopper Z , which is electrically isolated outputs. A center tap of the control winding W42 deliver an impressed current and its gain for the phase-sensitive rectifier GIl is kung factor in relation to the input variable (DC grounded. The output current of the phase-sensitive voltage or direct current) by selecting the over-rectifier G / 2 is applied to a Central tapping of the conversion ratio of the current transformer in any 60 secondary winding W 22 of the current transformer Tr 2 and ratios to one another can be selected. the connection of the output electrodes of the

AIs Zerhackerelemente und für die phasenab- stören Γ 5 und T 6 abgenommen. Die MittelanzapfungAccepted as chopper elements and for phase-disrupting Γ 5 and T 6. The center tap

hängigen Gleichrichter werden zweckmäßig Feld- der Wicklung W 22 ist mit einer Mittelanzapfung derPending rectifiers are expediently field- the winding W 22 has a center tap

effekttransistoren verwendet, weil diese einen be- Steuerwicklung TF43 verbunden. Die beiden Aus-Effect transistors are used because they are connected to a control winding TF43. The two ex

sonders hohen Sperrwiderstand aufweisen. Der 65 gänge des Zerhackerverstärkers stellen zwei galva-especially have high blocking resistance. Of the 65 gears of the chopper amplifier, two galva

Zerhacker und die phasenabhängigen Gleichrichter nisch getrennte Ausgänge für eingeprägte StrömeChopper and phase-dependent rectifier have separate outputs for impressed currents

sind über verschiedene Sekundärwicklungen eines dar, wobei der erste Ausgang, derjenige über denare one over various secondary windings, with the first output being the one over the

Transformators gesteuert. Die Primärwicklung des phasenempfindlichen Gleichrichter GZl mit dem Ein-Transformer controlled. The primary winding of the phase-sensitive rectifier GZl with the input

gangskreis über die Gegenkopplungsschleife galvanisch gekoppelt ist. Der Zerhacker Z und die beiden phasenempfindlichen Gleichrichter GIl und G12 sind über den Steuerspannungstransformator Tr 4 mit seinen verschiedenen Sekundärwicklungen galvanisch voneinander getrennt. Der Wechselstrom des Verstärkers V wird von den Stromwandlern TrI und Tr2 im Maße des jeweiligen Übersetzungsverhältnisses transformiert und von den phasenselektiven Gleichrichtern GZl und G12 mit einem Stromrichterwirkungsgrad von praktisch 100 % gleichgerichtet und stehen an den beiden Ausgängen zur Verfügung. Die Gegenkopplungsschleife verleiht im Maße ihres Gegenkopplungsfaktors dem Verstärker Meßeigenschaften. Die dargestellte Art der Gegenkopplung über ein passives, nicht galvanisch trennendes Gegenkopplungsnetzwerk läßt den Eingang mit dem einen Ausgang des Verstärkers galvanisch verbunden sein. Der zweite Ausgang ist dagegen lediglich induktiv an die Steuerspannung und den Wechselstromverstärker über die Sekundärwicldungen von 7V4 und Tr 2 angekoppelt und daher vollkommen potentialfrei und vom Eingang galvanisch getrennt. Das Verhältnis der beiden gleichgerichteten Ausgangsströme wird in der gezeigten Anordnung frei wählbar durch das Verhältnis der Stromwandlerübersetzungen. In den Ausgangskreisen des Wechselspannungsverstärkers können bei Bedarf weitere Stromwandler mit phasenempfindlichen Gleichrichtern eingeschaltet werden, wie dies für den Stromwandler Tr 2 angedeutet wurde. Damit können beliebig viele weitere potentialfreie Stromausgänge geschaffen werden. Nach Wahl meßtechnisch richtig dimensionierter Stromwandler haben dann alle auf diese Weise galvanisch getrennten Stromausgänge auf Grund des gewählten Serienspeiseprinzips dieselben Meßeigenschaften, wie sie für den unmittelbar in die Gegenkopplung einbezogenen Ausgangskreis des phasenempfindlichen Gleichrichters GZl gelten.output circuit is galvanically coupled via the negative feedback loop. The chopper Z and the two phase-sensitive rectifiers GIl and G12 are galvanically isolated from one another via the control voltage transformer Tr 4 with its various secondary windings. The alternating current of the amplifier V is transformed by the current converters TrI and Tr2 to the extent of the respective transformation ratio and rectified by the phase-selective rectifiers GZl and G12 with a converter efficiency of practically 100% and are available at the two outputs. The negative feedback loop gives the amplifier measurement properties based on its negative feedback factor. The type of negative feedback shown via a passive, non-galvanically isolating negative feedback network allows the input to be galvanically connected to one output of the amplifier. The second output, on the other hand, is only inductively coupled to the control voltage and the AC amplifier via the secondary windings of 7V4 and Tr 2 and is therefore completely potential-free and galvanically isolated from the input. The ratio of the two rectified output currents can be freely selected in the arrangement shown by the ratio of the current transformer ratios. If necessary, further current converters with phase-sensitive rectifiers can be switched on in the output circuits of the AC voltage amplifier, as was indicated for the current converter Tr 2. This means that any number of additional potential-free current outputs can be created. After choosing correctly dimensioned current transformers, all current outputs galvanically isolated in this way have the same measurement properties due to the selected series feed principle as apply to the output circuit of the phase-sensitive rectifier GZ1, which is directly included in the negative feedback.

Claims

Patent claims:

1. Counter-coupled DC voltage amplifier with chopper input and a downstream AC amplifier with at least one output which is electrically isolated from the input, characterized in that the AC amplifier outputs an impressed alternating current that has at least two with their primary windings in series current transformers as many phase-dependent ones Rectifiers are fed, the outputs of which are galvanically separated from each other and from only one of which is connected to the input of the amplifier via a negative feedback loop is.

2. Counter-coupled DC voltage amplifier according to claim 1, characterized in that that field effect transistors are used for chopper and phase-dependent rectifier.

3. Counter-coupled DC voltage amplifier according to claim 2, characterized in that that chopper and phase-dependent rectifier via different secondary windings of one Transformer controlled.

4. Counter-coupled DC voltage amplifier according to claim 1 or one of the following, characterized in that a negative feedback voltage is applied to one in the output direct current the negative feedback resistor located in a phase-dependent rectifier is tapped is.

5. Counter-coupled DC voltage amplifier according to claim 1 or one of the following, except for claim 4, characterized in that one of the output terminals is one of the phase-dependent rectifier is connected to one of the input terminals of the chopper via a negative feedback resistor.

1 sheet of drawings

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