DE1947420C

DE1947420C - Counter-coupled DC voltage amplifier

Info

Publication number: DE1947420C
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. 7500 Karlsruhe. H03f 1-34 Horn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Publication date: 1971-08-19

Description

Bei sehr vielen technischen Anwendungen von Transformators wird von einem besonderen Sieuer-Gleichetrom- und Gleichspannungsvenitärkern wird frequenzgcnerator oder auch mit der Netzfrequenz eine galvanische Trennung von Eingangs· und Aus- gespeist.In many technical applications of transformers, a special Sieuer equatorial and the DC voltage emergency core becomes a frequency generator or with the mains frequency galvanic separation of input and output.

gangsstromkrelsen der Vorstärker gefordert, Für Die Gegenkopplungsschleife kann als Spannungs-Meßzwecke lassen sich mit gegengeJccippelten Zer- s gegenkopplung oder als Stromgegenkopplung ausgehacker verstärkern hohe Meßgenauigkeiten erreichen. bildet sein. Im ersten Falle wird die Gegenkopp-Zerhackerverstärker sind bekanntlich Verstärker mit lungsspannung an einem Gegenkopplungswiderstand einem Gleichspannungs- oder Gleichitromeingang, 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 Hegt 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 jung wird auch in der Literatur als Saugschaltung Gleichspannung machen. Bei einem bekannten 13 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 Ausfuhrungsbeispiel darstellt, näher erläutert.
Verstärker, der nach Art eines Zerhackerverstärkers Dj₆ Steuerelektroden zweier Feldeffekttransistoren arbeitet, bekannt. Dieser ist für die Verstärkung von ao π _und Tl liegen an den äußerem Enden einer Gleichstrom oder Wechselstrom niedriger Frequenz Sekundärwicklung if 41 eines Steuertransformators geeignet, wobei als Modulationseinrichtung söge- j_r4. Eine Mittelanzapfung der Wicklung W41 ist nannte Hall-Modulatoren vorgefallen sind. Außer- geerdet. Beide Eingangselektroden der Transistoren dem weist dieser bekannte Verstärker eine rück- γ χ _uruj jl sind miteinander verbunden. Ihre Auswirkungsfreie Gegenkopplung bei galvanischer Tren- a₅ gangselektroden liegen jeweils an den Enden einer nung von Eingangs- und Gegenkopplungskreis auf. Primärwicklung eines Übertragers Tr 3. Die Transi-Die galvanische Trennung wird dadurch erreicht, daß stören Γ1 und Γ2 bilden zusammen mit den zuneben dem eigentlichen Verstärker eine mit dem gehörigen Wicklungen der Transformatoren Tr 3 und Hall-Modulator verbundene Trägerstrornquelle vor- 7,4 _emen 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 _stan(j R_{g m}\_t _ei_ner Mittelanzapfung der Primärwickdes Wechselstromverstärkers liegt. Dieser bekannte i_ung j_es Übertragers Tr 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 _ej_nes Wechselstromverstärkers V, der so ausgelegt gegengekoppelten Gleichspannungsverstärker bereit- j_st( 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 WIl bzw. W12 vanisch voneinander getrennte Ausgänge zuläßt. _{40 zwe}ier Stromwandler Tr 1 bzw. Tr2. Sekundärwick-gangsstromkrelsen of the preamplifier required, for the negative feedback loop can be used as voltage measurement purposes with negative feedback or unhacked current negative feedback amplifiers achieve high measurement accuracy. be educated. In the first case, the negative feedback chopper amplifiers are known to be amplifiers with processing voltage at a negative feedback resistor, a DC voltage or DC input, which is chopped up by the output DC current of one of the first at the rate of a control frequency and flowed through the phase-dependent rectifier, then in an AC voltage amplifier io in the second Case harbors a negative feedback resistance is increased. 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 scarf chopper from the alternating voltage will again make a young one in the literature as a suction circuit direct voltage. In a known 13 designated. The DC voltage amplifier can, however, be operated as a current amplifier with the chopper amplifier but is not coupled to it.
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 Dj ₆ control electrodes of two field effect transistors is known. This is suitable for the amplification of ao π _and d Tl are at the outer ends of a direct current or alternating current of low frequency secondary winding if 41 of a control transformer, whereby as a modulation device soj _r 4. A center tap of the winding W 41 is called Hall modulators are. Not earthed. Both input electrodes of the transistors this known amplifier has a back γ χ _uru j jl are connected to each other. Free their effect negative feedback with galvanic separation a _5-electrodes each lie on at the ends of a voltage of input and negative feedback loop. Primary winding of a transformer Tr 3. The transitory The galvanic isolation is achieved by interfering with Γ1 and Γ2 together with the zuneben the actual amplifier means connected to the corresponding windings of transformers Tr 3 and Hall modulator Trägerstrornquelle pre 7.4 _emen 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 table, and the Hall voltage in series with the chopper is located _ner a Gegenkopplungswidermit of the first Hall modulator at the input _{stan (j} R _gm \ _t _e i center tap of the Primärwickdes AC amplifier. This i-known _ung _there j connected transformer Tr 3. a secondary amplifier is therefore relatively complicated. ₃₅ winding of the transformer Tr 3 forms the input the invention has the object of providing a _e j _nes AC amplifier V, the designed negative feedback DC amplifier readiness j _{st (that} his Output to deliver an impressed current, which can be taken with simpler components than Hall-. This current flows through modulators working in series and also allows several parallel windings WIl or W 12 vanically separated outputs. _{40 two} ier current transformers Tr 1 or Tr 2. secondary winding

AIs Lösung wird bei einem gegengekoppelten lungen dieser Stromwandler W 21 bzw. W 22 speisen Gleichspannungsverstärker mit Zerhackereingang die Eingangselektroden zweier Feldeffekttransistoren und nachgeschalteten Wechselstromverstärker, mit T3, TA bzw. Γ5 und Γ6. Die Feldeffekttransistoren mindestens einem vom Eingang galvanisch ge- werden über ihre Steuerelektroden von zwei getrenntrennten Ausgang gemäß der Erfindung vorge- 45 ten Sekundärwicklungen W 42 bzw. W A3 des Steuerschlagen, daß der Wechselstromverstärker einen transformators TrA gesteuert und bilden so zwei eingeprägten Wechselstrom abgibt, der über min- phasenempfindliche Gleichrichter G/1 und G/2. Der des tens zwei mit ihren Primärwicklungen in Ausgangsstrom des phasenempfindlichen Gleichrich-Serie liegenden Stromwandlem ebenso vielen tersG/1 wird einer Mittelanzapfung der Wicklung phasenabhängigen Gleichrichtern zugeführt ist, 50 W21 und der Verbindung beider Ausgangselektroderen Ausgänge galvanisch voneinander getrennt den der Transistoren Γ3 und TA 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 G/l ist kumgsfaktor 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 W22 des Stromwandlers 7>2 und Verhältnissen zueinander gewählt werden können. der Verbindung der Ausgangselektroden der Transi-As a solution, these current transformers W 21 or W 22 feed DC voltage amplifiers with chopper input to the input electrodes of two field effect transistors and downstream AC amplifiers with T3, TA or Γ5 and Γ6. The field effect transistors at least one of the input are galvanically via their control electrodes of two separately separated output according to the invention provided secondary windings W 42 and W A3 of the control circuit that the AC amplifier controls a transformer TrA and thus form two impressed alternating currents which via min-phase sensitive rectifiers G / 1 and G / 2. The at least two current transformers with their primary windings in the output current of the phase-sensitive rectifier series as many tersG / 1 are fed to a center tap of the winding of phase-dependent rectifiers, 50 W21 and the connection of the two output electrodes outputs galvanically separated from each other taken from the transistors Γ3 and TA . 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 delivers an impressed current and its gain for the phase-sensitive rectifier G / l is cumulative 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 at a center tap the settlement ratio of the current transformer in any 60 secondary winding W22 of the current transformer 7> 2 and ratios to one another can be selected. the connection of the output electrodes of the

AIs Zerhackerelemente und für die phasenab- stören TS und T 6 abgenommen. Die Mittelanzapfung hüngigen Gleichrichter werden zweckmäßig Feld- der Wicklung ^22 ist mit einer Mittelanzapfung der eilckttransistoren verwendet, weil diese einen be- Steuerwicklung ff 43 verbunden. Die beiden Aussonders hohen Sperrwiderstand aufweisen. Der 65 gängs des Zerhackerverstärkers stellen zwei galva-Zerhacker und die phasenabhängigen Gleichrichter nisch getrennte Ausgänge für eingeprägte Ströme sind über verschiedene Sekundärwicklungen eines dar, wobei der erste Ausgang, derjenige über den Transformators gesteuert. Die Primärwicklung des phasenempfindlichen Gleichrichter G/1 mit dem Ein-Accepted as chopper elements and for the phase-disrupting TS and T 6. The center tap-dependent rectifiers are expediently field- the winding ^ 22 is used with a center tap of the corner transistors, because these are connected to a control winding 43. Both of them have a particularly high blocking resistance. The 65 common ways of the chopper amplifier are two galva chopper and the phase-dependent rectifier nisch separated outputs for impressed currents are via different secondary windings, the first output being controlled by the transformer. The primary winding of the phase-sensitive rectifier G / 1 with the input

gangskreis über die Gegenkopplungsschleife galvanisch gekoppelt ist. Der Zerhacker Z und die beiden phasenempnndlichen Gleichrichter GU und G/2 sind über den Steuerspannungstransformator Tr 4 mit seinen verschiedenen Sekundärwicklungen galvanisch β voneinander getrennt. Der Wechselstrom des Verstärkers V wird von den Stromwandlern TrI und TrI im Maße des jeweiligen Übersetzungsverhältnisses transformiert und von den phasenselektiven Gleichrichtern GU und G/2 mit einem Stromrichterwirkungsgrad von praktisch 100 °/o gleichgerichtet und stehen an den beiden Ausgängen zur Verfügung. Die Gegenkopplungsschleife verleiht im Maße ihres Gegenkopplungsfaktors dem Verstärker Meßeigenschaften. Die dargesvdlte Art der Gegen- »5 kopplung 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 Wech- ao selstromverstärker über die Sekundärwicklungen von Tr 4 und TrI angekoppelt und daher vollkommen potentialfrei und vom Eingang galvanisch getrennt. Das Verhältnis der beiden gleichgerichteten Ausgangsströme wird in der gezeigten Anordnung frei as 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 Strom- 3» wandler 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 G/1 gelten.output circuit is galvanically coupled via the negative feedback loop. The chopper Z and the two phase-sensitive rectifiers GU and G / 2 are galvanically separated 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 transformers TrI and TrI according to the respective transformation ratio and rectified by the phase-selective rectifiers GU and G / 2 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 Tr 4 and TrI 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 required, 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 G / 1, 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 an output galvanically separated 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